Основная цель расчета клеевых соединений состоит в том, чтобы обеспечить достоверное и надежное предсказание свойств связанных компонентов или узлов. Обычно достаточно трудоемкие и дорогостоящие эмпирические испытания могут быть значительно сокращены путем расчетов или моделирования. Таким образом, весь процесс разработки может быть ускорен, время разработки может быть соответственно сокращено. Любые ошибки в дизайне могут быть выявлены и устранены на ранней стадии процесса разработки. Качество результатов расчетов и моделирования сильно зависит от сделанных заранее допущений и (допустимых) упрощений, а также от выбранных входных переменных. Надежные результаты позволяют клею быть спроектированным и рассчитанным по размерам. В этом контексте очень важно, как по соображениям безопасности, так и по экономическим причинам, что клей не имеет недостаточных размеров, но также и не имеет чрезмерных размеров. Существуют различные методы расчета прочности клеевых соединений и определения допустимых напряжений [1] [3]: эмпирические методы, аналитические методы и численные методы. Все методы основаны на одном базовом принципе:определить допустимые напряжения [1] [3]: эмпирические методы, аналитические методы и численные методы. Все методы основаны на одном базовом принципе:определить допустимые напряжения [1] [3]: эмпирические методы, аналитические методы и численные методы. Все методы основаны на одном базовом принципе:
где F - фактическая сила, A k - поверхность адгезивного слоя, τ - фактическое напряжение, а τ perm - допустимое напряжение.
Эмпирический метод использует простой расчет сравнения напряжений с эмпирическими поправочных коэффициентов. Это быстрая, но не особо точная оценка адгезионной прочности. Аналитические методы работают с конкретными параметрами материала и частично используются в течение многих десятилетий для расчета напряжения и прочности. К ним относятся следующие процедуры [1; 2]:
- Распределение напряжений по Фолькерсену,
- Распределение напряжений по Голанду и Рейсснеру,
- Распределение стресса по Харт-Смиту,
- Метод Фрея,
- Зимние и меккельбургские процессы,
- Метод Мюллера,
- Метод Томбаха,
- Процесс Эйхорна и Брейга,
- Шлегель и
- Метод Корнелиуса и Штира.
Как и аналитические методы, численные методы требуют точных свойств материала. Метод конечных элементов (FEM) - это метод численных расчетов для компьютерного моделирования, который сегодня в значительной степени заменил ранние аналитические подходы [1]. Это также широко распространенный метод решения в технических науках за пределами клеевой технологии. Благодаря высокоразвитому аппаратному и программному обеспечению, FEM позволяет точно анализировать даже сложные случаи нагрузки на сложные соединения в умеренное время вычислений с учетом нелинейных материальных законов.
Адгезии предпочтительно следует подвергать сдвигу. Растягивающее напряжение сдвига является наиболее часто встречающимся типом напряжения на практике в случае связей с перекрытиями [1; 2]. Испытание на растяжение при сдвиге с перекрывающимися разрезами с передачей эксцентрической силы приводит к реальной ситуации в сложной стрессовой ситуации. Таблица 1 описывает этот сложный случай нагрузки для упругих соединяющих частей и приложения эксцентрической силы.
![Табл. 1 Распределение напряжений в одинарном перекрытии с приложением эксцентрической силы [1], [2]](https://cdn.prosto-stroyka.ru/images-02/k/001/image-1812-2-j.webp "Табл. 1 Распределение напряжений в одинарном перекрытии с приложением эксцентрической силы [1], [2]")
Согласно DIN EN ISO 11 339 напряжения, перечисленные в таблице 1, перекрываются с так называемым растягивающим напряжением сдвига τ. Эта ситуация схематично показана на следующем рисунке для случая загрузки, пока связь не разорвется. Типичный S-ход испытания на растяжение при сдвиге отчетливо виден из-за эксцентрического введения силы растяжения и упругой деформируемости подложек.
Максимальное растягивающее напряжение сдвига max всегда происходит на концах перекрытия. При нагрузке до разрушения соединения это растягивающее напряжение сдвига становится так называемым растягивающим растягивающим усилием сдвига τ Bmax с соответствующим средним растягивающим сдвиговым напряжением τ Bm по всей адгезивной поверхности, когда связь разрывается [1; 2].
В соответствии с DIN EN 1465 или DIN EN ISO 11339 среднее значение τ представляет собой Bruchzugscherspannung Bm в качестве адгезионной прочности τ B, соответственно. Применяются следующие формульные отношения:
где τ B - адгезионная прочность, а F max - максимальная сила.
При интерпретации адгезионной прочности τ B важно отметить, что это среднее значение прочности, а именно среднее растягивающее напряжение сдвига при растяжении τ Bm [2]. Пики напряжения, фактически возникающие на краях перекрытия, иногда значительно превышают это среднее значение.
Разрушение адгезивного слоя всегда происходит, когда пики напряжения на концах перекрытия (максимальное растягивающее напряжение сдвига τ max) превышают растягивающее напряжение сдвига растяжения τ Bmax [2].
Как правило, расчеты основаны на идеализированных предположениях и граничных условиях. Однако для практического использования необходимо учитывать условия производства, а также особые условия окружающей среды и старения [1]. На этом этапе конструктор использует для расчетов коэффициенты безопасности и коэффициенты снижения. Коэффициенты безопасности указывают на фактор, на который должен быть увеличен предел отказов сети. Это квази определяет резерв безопасности от возможного отказа. С помощью соответствующих восстановительных факторов учитываются особые материалы и / или стрессовые условия. К ним относятся, например, факторы уменьшения [1] для материалов, подлежащих соединению, толщины адгезионного слоя, глубины шероховатости, размера поверхности соединения, направления нагрузки, типа нагрузки,Рабочая температура клея, тип отверждения и т. Д.
Следующая формула для расчета адгезионной поверхности содержит как коэффициент безопасности, так и различные коэффициенты уменьшения в соответствии с техническим правилом DVS 1618: 2002-01 «Эластичное толстопленочное соединение в рельсовом транспортном средстве» Немецкой ассоциации по сварке и смежным процессам eV:
где S - коэффициент безопасности, f T - коэффициент снижения температуры, f t - коэффициент снижения статического долговременного напряжения, f Z - коэффициент снижения динамического долговременного напряжения, F stat. статическая сила и F дин. являются динамической силой.
В то время как длина l адгезивного слоя K обычно указывается над геометрией соединительной детали, определяется минимально необходимая адгезивная поверхность A, которая может быть K ориентирована b по ширине адгезивного слоя для Klebaufgabe K, который нужно установить. Для этой цели вышеприведенное уравнение решается для b K, и известные или указанные величины должны использоваться только для расчета. (Qui)
Подсказка к книге
Практичные конструкции и применения, подходящие для клея
Сплоченность и адгезия
Основы склеивания объяснили: условие, адгезия, сцепление
клей
Основы склеивания: когда клеевые соединения выходят из строя - и почему
клей
Склеивание начинается перед склеиванием (часть I)
Список источников:
[1] Хабенихт Г.: Склеивание - основы, технологии, приложения. 6-е издание. Берлин, Гейдельберг: Springer Verlag, 2009
[2] Полли, А.: Моделирование и расчет клеевых соединений. Семинар ISGATEC. Мангейм: Академия ISGATEC, 2015
[3] Zanotti, A.: Адгезивный дизайн и расчет, семинар VDI «Клей для дизайнеров». Штутгарт: VDI, 2017. Том. Руководство для семинара, 11 и 12 июля 2017 г.
* Проф. Д-р инж. Тим Юнтген, OTH Амберг-Вайден, Факультет машиностроения / Экологические технологии