Введение к работе
Актуальность темы. Среди новых конструкционных материалов особое место занимают клеи на основе синтетических полимеров. Синтетические клеи с успехом применяются при изготовлении клеевых соединений в аэрокосмической технике, электро-и радиотехнической, химической, судостроительной и других отраслях промышленности.
Успех применения синтетических клеев объясняется рядом существенных преимуиеств, которые клеевые соединения имеют по сравнению с традиционными видами соединений типа сварки, пайки, клепки. -
Особенно перспективны клеи для соадания металлических конструкций. Во многих случаях соединения металлических конструкций на клеях в процессе эксплуатации работают в условиях повышенных тепловых нагрузок, при которых создание нормальных рабочих условий требует осуществления интенсивного теплсотвода из рабочей воны.
Однако наличие клеевой прослойки между поверхностями склеенных деталей, обладающей меньшей по сравнению с металлами теплопроводностью, создает дополнительное термическое сопротивление на пути теплового потока. Вместе с тем, известные методы расчета теплопроводности тонких пленок в этом случае непригодны, поскольку на теплопроводность клеевой прослойки в условиях соединений накладывается эффект анизотропии.
Другая сторона проблемы аакеочается » том, что долгосрочными программами в области новых технологий предусматривается улучаение качественных характеристик конструкционных материалов *, в частности, соединений на клеях. Наиболее перспективным направлением представляется получение информации по формированию фивикомеханических свойств клеевых прослоек соединений в процессе их отверждения.
Особы* интерес представляют данные о формировании внутренних налрляэний, как ответственных ва надежность соединений. В свяан с этим, практический интерес представляет
направление исследований по установлению корреляций между
теплопроводностью и внутренними напряжениями клеевых прослоек в соединениях, что вытекает из основных положений физики твердого тела.
Установление взаимосвязи теплопроводность - внутренние напряжения позволяет прогнозировать долговечность и надежность клеевых соединений без их разрушения и дает, возможность создавать соединения с заданными характеристиками. '
Объектами исследований являлись клеевые прослойки, составленные ив клеев различной природы.
Методы исследования содержали патентный поиск.'эксперименты по изучению тешюфизических и механических характеристик, обработку опытных данных с помощью математической статистики.
Решение данной проблемы осуществлялось автором в рамках выполнения работ по теме "Исследование теплофизическнх свойств тонкослойных материалов и покрытий, термических сопротивлений клеевых соединений" координационного плана НИР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика АН СОСР (иифр 1.9.1.1.6. п.11) по теме "Полимеры", по теме "Надежность и контроль" по линини Госкомитета по высшему образованию РФ.
Цель и задачи работы. Цель настоящей работы: разработать теоретическую модель теплопереносс' через клеевые прослойки на основе различных по природе клеев, выявить взаимосвязь теплофивических и механических характеристик клеевых соединений для обоснования возможности проведения теплового метода контроля качества клеевых соединений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
-
Исследовать теплопроводность клеевых прослоек «а основе наполненных и ненаполненных клеев в процессе их отверждения.
-
Исследовав теплопроводность клеевых прослоек соединений в процессе их вксплуатацни.
-
Исследовать взаимосвязь тешкшроводнезти в внутренних напряжений в клеевых прослойках соединений.
-
Разработать тепловой метод определения прочности соединений на кдееях.
5. Установить возможность тепловой диагностики деформационных характеристик клеевых соединений.
Научная новизна работы
Впервые предложена модель теплопроводности клеевой прослойки соединений, учитывающая эффект анизотропии, вызванный развитием внутренних напряжений;
предложена расчетная зависимость для определения теплопроводности клеевых прослоек на основе высоковязких клеевых композиций;
разработан тепловой метод контроля качества клеевых соединений;
определена зависимость прочности и долговечности клеевых соединений через теплопроводность клеевой прослойки;
показана возможность проведения тепловой диагностики деформационных характеристик клеевых соединений без разрушения соединения;
разработан системный подход для создания клеевых соединений с заданным комплексом свойств.
На защиту выносят следующие положения и результаты:
модель теплопроводности клеевой прослойки, учитывающая эффект анизотропии, вызванный развитием внутренних напряжений в процессе формирования и эксплуатации соединений;
расчетная зависимость для определения теплопроводности клеевых прослоек для высоковя8ких клеевых композиций;
результаты экспериментальных исследований теплопроводности и внутрениих напряжений клеевых прослоек соединений в процессе яя отверждения и эксплуатации;
основы теплового метода контроля прочностных и деформационных характеристик клеевых соединений.
Практическая значимость работы еаклочается в разработанной впервые методике определения теплопроводности клеевых прослоек с учетои эффекта анизотропии, вызываемого воздействием внутренних напряжений. Установление корреляционной свяэи теплопроводность - внутренние напряжения открывает возможность создавать соединения с заданными свойствами и осуществлять нераарушавдий контроль прочности соединений на,клеях. Полученные в работе результаты использованы при создании изделий на НПО им. С.А.Лавочкина.
Апробация работы. Научные положения и результаты иссле-
дований обсуждались и были одобрены на научных конференциях Воронежской государственной лесотехнической академии (1С20-1994гг.), на региональном научно-техническом семинаре "Про- ' цессы тепломассообмена в машиностроении" (Воронеж 1991-1994гг.), на международной научно-технической конференции "Нераарушаюций контроль в науке и индустрии-94" (Москва. 1994).
Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит ив введения, 5 глав, выводов, списка литературы ив ?5 наименований, приложения, включает 30 рисунков. Объем основного текста составляет 106 машинописных страниц.