Спосіб визначення жорсткості механічного з’єднання “композит-метал”

Реферат: Спосіб визначення жорсткості механічного з'єднання "композит-метал" полягає у вимірюванні пружно-пластичних деформацій ПКМ за допомогою цифрової кореляції спекл-зображень при зміні навантаження зразка. На основі розподілу деформацій по поверхні композитного матеріалу в зоні контакту зразка, отриманого за допомгою ЦКЗ, встановлюють області, де на величину переміщень не впливають деформації тіла зразка і ці переміщення використовують для визначення величини овалізації отвору, розрахунку жорсткості з'єднання та встановлення дійсних деформацій зминання композита біля отвору. UA 116508 U (12) UA 116508 U UA 116508 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель може бути використана для визначення жорсткості механічного з'єднання "композит-метал" та напружень зминання за різних силових схем навантаження (розтяг, стиск) плоских зразків із полімерних композиційних матеріалів (ПКМ). Складність оцінки міцності і жорсткості механічного з'єднання "композит-метал" зумовлена просторовою анізотропією механічних характеристик шаруватих ПКМ. Для встановлення ступеня зношування і визначення граничних напружень зминання композита проводять випробування [1, 2], які базуються на лінійній теорії деформацій однорідного суцільного тіла і дають неоднозначні експериментальні результати. Проведений у роботах [2, 3] аналіз визначення характеристик зминання показав, що в процесі деформування у зразку виникає складний напружено-деформований стан з областями стиску, розтягу та зсуву. Тому під час проектування таких з'єднань важливим є вибір їх конструкції і достовірне визначення жорсткості з'єднання та встановлення допустимих напружень зминання для композиційних матеріалів. Відомими аналогами є способи з визначення напружень зминання передбачають вимірювання переміщень і деформацій у зоні контакту за допомогою механічних контактних перетворювачів (МКП) [4, 5]. До недоліків аналогів слід віднести дискретність вимірювання деформації у встановлених місцях та чутливість до повороту і згину зразка, а також вплив деформації розтягу зразка на величину істинних деформацій зминання контактного отвору. Враховуючи різні схеми армування шаруватих ПКМ, для вибору положення опорних точок на поверхні зразка важливо мати повний просторовий розподіл деформацій. За цим розподілом можна оцінити механізм руйнування зразка на всіх стадіях навантаження і встановити дійсні деформації отвору в композиті. Для вирішення даної задачі найбільш оптимальними є безконтактні оптичні методи, до яких належить метод муарової інтерферометрії, а також спосіб двопроменевої спекл-інтерферометрії з 4-х ступеневим зсувом фази в одному з променів на заданий кут. Незважаючи на високу чутливість і точність визначення просторових переміщень і деформацій поверхні в околі навантаженого отвору, для їх реалізації необхідне дороге прецизійне оптичне обладнання, яке є надчутливе до вібрацій і паразитних зсувів, що виникають при деформуванні зразка. Для спрощення оптичної схеми вимірювання та забезпечення їх автоматизації, збільшення кроку навантаження, і коректного визначення характеристик напружень зминання ПКМ, пропонується використовувати метод цифрової кореляції зображень (ЦКЗ) [6, 7]. В основу корисної моделі поставлена задача розробити розрахунково-експериментальний спосіб безконтактного визначення міцності і жорсткості роз'ємного механічного з'єднання "композит-метал" на основі цифрової кореляційної обробки зображень деформівної поверхні зразка із ПКМ за зминання. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб полягає у вимірюванні пружно-пластичних деформацій ПКМ за допомогою цифрової кореляції спекл-зображень при зміні навантаження зразка, згідно з корисною моделлю, на основі розподілу деформацій по поверхні композитного матеріалу в зоні контактного зразка, отриманого за допомогою ЦКЗ, встановлено області, де на величину переміщень не впливають деформації тіла зразка і ці переміщення використовують для визначення величини овалізації отвору, розрахунку жорсткості з'єднання та встановлення дійсних деформацій зминання композита біля отвору. Корисна модель пояснюється кресленнями. Де на фіг. 1 – зображена діаграма зминання композитного зразка, на фіг. 2 – розподіл переміщень поверхні композитного зразка на різних відстанях від зони контакту. Спосіб полягає у реєстрації двох і більше цифрових зображень поверхні зони контакту плоского композитного зразка із металічним контактним елементом (КЕ) за різних навантажень, в межах лінійної ділянки діаграми "навантаження-переміщення" від нуля до точки С, що відповідає 2 % овалізації отвору (фіг. 1). Під час реєстрації кожного зображення фіксуються значення сили, виміряне динамометром розривної машини P ,  , Pn і розраховується зміна 1 навантаження P  Pi  P . За результатами обробки методом ЦКЗ зареєстрованих зображень 1 1  1 і  2 поверхні зразка в області обмеженої лініями 1 і 2 (фіг. 2), за відповідної зміни навантаження Pi та розраховують величину деформації отвору визначаються середні переміщення для кожної пари зображень  i  55 1   2  / 2 , (1) де - діаметр КЕ. D D 1 UA 116508 U За відомим значенням зміни навантаження Pi і геометричними розмірами з'єднання, для кожної пари зареєстрованих зображень визначаємо приріст напружень  i  Pi / Dt , (2) 5 де t - товщина зразка. На основі отриманих значень із формули (1) і (2) розраховуємо жорсткість з'єднання при відповідній зміні навантаження для кожної пари зареєстрованих зображень за формулою Ei   i /  i , (3) де  i - зміна напруження;   i - зміна деформацій отвору. 10 За досягненням жорсткістю E i величини критичної для даного з'єднання, воно втрачає свою працездатність. Для збільшення достовірності оцінки жорсткості роз'ємного з'єднання "композит-метал" проводимо усереднення величин жорсткості, отриманих за формулою (3). n Ecp  15 20 25 30 E i 1 i . (4) n Джерело інформації: 1. Система экспериментального обеспечения расчета на прочность механических соединений деталей из композитов / Е.Т. Василевский, А.З. Двейрин, Я.С. Карпов, С.П. Кривенда // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм, ун-т им. Н.Е. Жуковского "ХАИ". - Вып. 47. - X., 2010. - С. 42-52. 2. Карпов Я.С. Соединения деталей и агрегатов из композиционных материалов / Я.С. Карпов. -X.: Нац. аэрокосм, ун-т "Харьк. авиац. ин-т", 2006. - 359 с. 3. Панасюк В.В., Іваницький Я.Л., Максименко О.П. Аналіз пружно-пластичного деформування матеріалу зони перед руйнування // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004. - № 5. – С. 67-72. 4. Еврасов B.C., Нужный Г.А. Определение характеристик смятия при механических испытаниях / Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2012. - № 1. - С. 14-21. 5. D 5961/D 5961M-01 Standard Test Method for Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates. 6. Максименко О.П., Іваницький Я.Л., Гвоздюк М.М. Визначення жорсткості з'єднання "композит-метал" методом цифрової кореляції зображень // Фізико-хім. мех.матер. - 2014. - № 6. - С. 44-49. 7. Максименко О., Франкевич Л., Сахарук О. Алгоритм обробки цифрових зображень для визначення деформаційних характеристик матеріалів // Електроніка та інформаційні технології. - 2013. - Випуск 3. – С. 156-168. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб визначення жорсткості механічного з'єднання "композит-метал", що полягає у вимірюванні пружно-пластичних деформацій ПКМ за допомогою цифрової кореляції спеклзображень при зміні навантаження зразка, який відрізняється тим, що на основі розподілу деформацій по поверхні композитного матеріалу в зоні контакту зразка, отриманого за допомгою ЦКЗ, встановлюють області, де на величину переміщень не впливають деформації тіла зразка і ці переміщення використовують для визначення величини овалізації отвору, розрахунку жорсткості з'єднання та встановлення дійсних деформацій зминання композита біля отвору. 2 UA 116508 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3