СПОСОБ КОНТРОЛЯ УЗЛА СОЕДИНЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ОБТЕКАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N3/24 

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА).

В настоящее время для контроля клеевых соединений широко используются ультразвуковые, радиационные, тепловые и прочие методы [Мурашов В.В. Контроль клееных конструкций // Клеи. Герметики. Технологии, 2005. №1. С. 21-27]. Недостатком этих методов является то, что они направлены в основном на контроль качества склейки и не дают информации о механических свойствах соединения. В тех случаях, когда клеевое соединение несет на себе значительные силовые нагрузки, что характерно для узла соединения керамического обтекателя, контроль механических свойств представляет большую важность.

Известны способы определения механических свойств клеевых соединений, например способ определения деформационных свойств клеевого соединения, включающий силовое нагружение на сдвиг и измерение сдвиговых деформаций [Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. - М.: Химия, 1981. - С. 110]. Однако данные способы определяют механические свойства клеевого соединения на отдельных образцах, не позволяя в полной мере оценить свойства узла соединения натурного обтекателя.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля узла соединения керамического обтекателя (патент РФ №2466371, G01M 5/00, G01N 3/12, 2012), включающий силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения, при этом силовое нагружение осуществляют за счет создания избыточного давления во внутренней полости обтекателя, а деформации соединения определяют путем измерения распределения по окружности осевых перемещений сдвига керамической оболочки относительно шпангоута на обоих краях соединения, причем оценку годности соединения осуществляем по результатам сравнения измеренных значений распределений деформаций с их базовыми значениями.

Недостатком прототипа является то, что для силового нагружения клеевого соединения обтекателя создается избыточное давление во внутренней полости. Это приводит к радиальному деформированию оболочки, увеличению толщины клеевого соединения и, как следствие, большой погрешности определения модуля сдвига клея.

Технический результат изобретения заключается в возможности определения модуля сдвига клея непосредственно на натурном обтекателе.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе контроля узла соединения керамического обтекателя, включающем силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения, силовое нагружение прилагается вдоль оси симметрии обтекателя через пуансон с упругой прокладкой, наружная поверхность которого эквидистантна внутренней поверхности керамической оболочки, а высота взаимодействия пуансона с оболочкой относительно носка меньше половины расстояния между верхним срезом шпангоута и носком обтекателя, причем сдвиг оболочки измеряется относительно верхнего среза шпангоута минимум в трех точках окружности, находящихся между собой на одинаковом расстоянии, а модуль сдвига клея в узле соединения обтекателя рассчитывается по формуле

где F - продольная сила, приложенная к пуансону; h - толщина клеевого слоя; Δ_i - сдвиг керамической оболочки при нагружении обтекателя относительно шпангоута в i-й точке измерения; S - площадь склейки шпангоута с оболочкой; n - количество точек измерения сдвига оболочки.

Модуль сдвига клея при растяжении соединения внахлестку может быть определен по формуле [Фрейдин А.С. Прочность и долговечность клеевых соединений. - М.: Химия, 1981. - С. 114]:

где F - приложенное усилие (нагрузка); S - площадь склейки; h - толщина клеевого слоя, Δ - смещение (сдвиг) склеенных деталей.

Формула (2) может быть использована и для определения модуля сдвига клея цилиндрических клеевых соединений, которым является соединение оболочки со шпангоутом керамического обтекателя. В этом случае сдвиг клея контролируется путем измерения перемещения оболочки относительно верхнего среза шпангоута. При этом в силу неравномерности распределения свойств клеевого соединения по окружности контроль сдвига необходимо производить не менее чем в трех точках окружности, однозначно определяющих положение плоскости верхнего среза шпангоута. В этом случае в формулу (2) подставляется среднее значение сдвига, и она преобразуется к виду (1).

Приложение сосредоточенной осевой нагрузки через пуансон к оболочке обеспечивает чистое сдвиговое нагружение клеевого соединения. При этом для исключения радиального нагружения оболочки в зоне склейки необходимо поднять зону взаимодействия оболочки с нагружающим элементом (пуансоном) от области клеевого соединения. Экспериментально найдено, что, если зону взаимодействия поднять выше половины расстояния между верхним срезом шпангоута и носком обтекателя, то радиальным деформированием клеевого соединения можно пренебречь.

Способ иллюстрирует схема, показанная на чертеже. Обтекатель, состоящий из керамической оболочки 1, соединенной с металлическим шпангоутом 2 клеевым слоем 3, смонтированный на монтажном приспособлении 4, нагружается продольной силой F через осесимметричный пуансон 5 и упругую прокладку 6. Сдвиг оболочки относительно шпангоута измеряется датчиками перемещений 7. Высота зоны взаимодействия пуансона с оболочкой l меньше расстояния между верхним срезом шпангоута и носком L более чем в два раза.

Для измерения осевого перемещения в процессе контроля могут быть использованы практически любые датчики перемещения: индуктивные, емкостные, лазерные и пр.

Предлагаемый способ может найти широкое применение для контроля клеевых соединений керамических обтекателей различных конструкций.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА). Сущность: осуществляют силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения. Силовое нагружение прилагают вдоль оси симметрии обтекателя через пуансон с упругой прокладкой, наружная поверхность которого эквидистантна внутренней поверхности керамической оболочки, а высота взаимодействия пуансона с оболочкой относительно носка меньше половины расстояния между верхним срезом шпангоута и носком обтекателя. Сдвиг оболочки измеряют относительно верхнего среза шпангоута минимум в трех точках окружности, находящихся между собой на одинаковом расстоянии, а модуль сдвига клея в узле соединения обтекателя рассчитывают по формуле. Технический результат: возможность определения модуля сдвига клея непосредственно на натурном обтекателе. 1 ил.

Способ контроля узла соединения керамического обтекателя, включающий силовое нагружение на сдвиг и измерение деформаций соединения, отличающийся тем, что силовое нагружение прилагают вдоль оси симметрии обтекателя через пуансон с упругой прокладкой, наружная поверхность которого эквидистантна внутренней поверхности керамической оболочки, а высота взаимодействия пуансона с оболочкой относительно носка меньше половины расстояния между верхним срезом шпангоута и носком обтекателя, причем сдвиг оболочки измеряют относительно верхнего среза шпангоута минимум в трех точках окружности, находящихся между собой на одинаковом расстоянии, а модуль сдвига клея в узле соединения обтекателя рассчитывают по формуле

где F - продольная сила, приложенная к пуансону; h - толщина клеевого слоя в исходном состоянии; Δ_i - сдвиг керамической оболочки при нагружении обтекателя относительно шпангоута в i-й точке измерения; S - площадь склейки шпангоута с оболочкой; n - количество точек измерения сдвига.