Расчёт клеевого соединения на неравномерный отрыв (отдир)

[Senior lecturer]

Возникла необходимость посчитать клеевое соединение. В найденной мной литературе приводятся только расчёты наиболее часто встречающихся вариантов нагружения соединения: нахлёсточного (сдвиг и равномерный отрыв) и на "ус" (растяжение и изгиб) - по касательным и нормальным напряжениям. При этом указывается, что эпюра удельных нагрузок имеет обычную вогнутую форму с максимальными значениями по концам.

Но эти расчёты не учитывают неравномерность распределения нагрузки по клеевому шву.

Также указывается, что клеевое соединение рассчитывается также как и паяное. Но и в пайке я не нашёл нужного расчёта.

Может быть кто-то сталкивался с таким видом расчёта и посоветует литературу? Заранее благодарю

[Kirilius83]

Похожий расчет я видел в примерах расчета кронштейна на болтах/винтах - в деталях машин, расчет болтового соединения. Так как рас считалась эпюра напряжений в стыке кронштейна с основанием.
Так же где-то выдел расчеты на мягком основании - фундаментов, что ли. Это для случаев, когда основа не жетская, у гнется под нагрузкой.

Как я понимаю, нужно просто рассчитать эпюру, при этом методы расчета самой эпюры примерно одинаковые для всех случаев, будь то сварка, пайка, склейка, болтовое соединение, давление ролика на поверхность (там тоже эпюра загнутая) и т.д.

[Senior lecturer]

В болтовом/сварном соединении кронштейна будет рассчитана сила, приходящаяся на самый удалённый от оси болт/сварной шов. Эта сила впоследствии делится на площадь. В клеевом же соединении площадь, на которую будет приходиться максимально удалённая сила, по сути должна быть равна нулю (так как линия). Именно из-за этого и вся сложность

[Kirilius83]

С чего вдруг линия?
Я вот про этот случай имел ввиду:

[Senior lecturer]

Я об этом и говорю. На картинке сила Р прикладывается к болту, имеющему определённую площадь поперечного сечения. Поэтому посчитать напряжения/подобрать сечение болта не является проблемой. В клеевом соединении помимо неравномерного распределения R необходимо учитывать, что нагрузка приходится на всю площадь клеевого соединения, причём на всю площадь неравномерно. Т.е. неравномерным будет распределение не только сил, но и напряжений...

[Kirilius83]

так у клея тоже определенная площадь.
неравномерно - там мы же знаем насколько неравномерно, нам это эпюра и скажет
не надо считать напряжения везде, нам нужны только максимальные - и пофиг на неравномерность, главное знать максимум, собсно болты ведь так же считаются - только в точке максимума.

[Senior lecturer]

Т.е. максимальную силу делим на всю площадь?..

Но ведь в болтах считается именно один болт, т.е. максимальная сила делится на площадь сечения одного болта, а не всех болтов в соединении...
Или я не прав...

[Николай]

Наверное, характер нагрузки и разрушения разнятся для болтового и клеевого соединения.
Редактирую: в формуле L надо заменить на H.

[VLaD-Sh]

Но ведь в болтах считается именно один болт, т.е. максимальная сила делится на площадь сечения одного болта, а не всех болтов в соединении...
Или я не прав...

Все верно. Предварительно всегда считается нагрузка приходящаяся на один болт.

[Kirilius83]

Т.е. максимальную силу делим на всю площадь?..

Но ведь в болтах считается именно один болт, т.е. максимальная сила делится на площадь сечения одного болта, а не всех болтов в соединении...
Или я не прав...

Эм, немного не так, как я это понимаю.

Во первых, не путайте силу(нагрузку) и напряжения (сигму). Сила действует на кронштейн, её мы раскладываем на силы по Х и У, и считаем эпюру напряжений в стыке.
Имея эпюру напряжений, на находим по ней зону максимальных напряжений, и подбираем прочность соединения именно в этой точке - тут напряжения максимальны, в остальных местах они меньше, и если тут прочности хватит - то в других местах и подавно.
Если у нас болтовое соединение - то мы смотрим, сколько болтов тут у нас находится, как правило - сколько болтов в нагруженном ряду - на картинке верхний ряд. МОжет и один болт - тогда вся нагрузка на него, а может и несколько - тогда делим на всех. Единственно, на картинке - уже результирующая эпюра, давление на основание от кронштейна, вычисляется как эпюра от нагрузки минус эпюра от усилия затяжки болтов (поэтому у верхних болтов к нулю и выходит - усилие их затяжки примерно равно отрывающей нагрузке в этом месте), а у клеевого соединения усилия затяжки нет.

В общем, перечитайте еще подобные расчеты, должно помочь, усилие в стыке поидее одинакового считаются.

[Kirilius83]

Наверное, характер нагрузки и разрушения разнятся для болтового и клеевого соединения.

Почему? Там и там разрыв, начинающийся в одном месте и ведущий к снижению площади сечения.
Эпюра-то как раз одинаковая и для болтов и для клея, он вообще не зависит от типа крепления - она для стыка! Условно можно вашу картинку представить как много-много маленьких винтов (так как раз и ряды просматриваются  ) - что изменится если будут винты а не клей? Точно так же первыми порвутся винты сверху, как и клей

ЗЫ речь о расчете болтов по условию не раскрытия стыка.

[Николай]

Про много- много маленьких винтиков- это правильная аллегория.
Наибольшая нагрузка будет у верхнего ряда винтиков.
Предел прочности (Сигма) для разных клеёв приводится в справочниках.
В чём трудность расчёта?
А если будет отдир мягкого материала- ткани, например, то приводится прочность, приведённая к длине, так как отрыв происходит по линии.

[Kirilius83]

Прочность на отдир - вроде бы некоторые производители её указывают.

Расчет склейки нежесткой детали к жесткому основанию (наклейка пластины на корпус) - наверно тут надо добавить эпюру сопротивления самой детали изгибу, будет подобно болтам уменьшать пиковые напряжения, перераспределяя нагрузку.
Кстати, данные по жесткости прикрепленных болтами тонких пластин мне попадались в литературе по станкам, применительно к накладным направляющим качения - с каким шагом болты располагать, относительно толщины направляющей. Решетова, что ли..

[Valery-Moscow]

ну неужели никто не читает по английски или по немецки?

ну сколько же можно ЕРУНДУ тут писать ?

ну почитайте Вы в интернете  - публикации, статьи, доклады:
- как в промышленно развитых странах расчитывают клеевые соединения ?!

ну все же там расписано и расжевано еще лет 20 назад!


для расчета клеевых соединений есть несколько подходов:

1. "явное" моделирование клеевых соединений - с помощью группы КЭ типа "Cohesive elements", где задаются различные критерии разрушения

2. теория композитов - используется механизм "деламинации", где опять же задаются различные критерии разрушения/деламинации

3. можно использовать различные уравнения состояния материалов, где есть возможность прописывать критерии трещинообразования и\или разрушения - как "стандартные" - т.е. те что имеются уже в программе, так и "пользовательские" - т.е. такие которые придумал сам пользователь - если он имеет столь высокую квалификацию.
*** задается удаление из расчетных областей тех КЭ (ячеек) - где происходит "разрушение" материала по заданным критериям ...

4. часто можно использовать методологию раскрытия трещин, где может использоваться как "стандартная" теория, так и "пользовательские" критерии разрушения

5. можно использовать метод CEL (coupled Eulerian-Lagrangian analysis) - где клеевое соединение моделирует Эйлеровой сеткой, а "твердые/склеиваемые" детали - Лагранжевыми сетками

6. можно использовать контактные поверхности - задавая там изначальное "прилипание\приклеивание", затем отрыв по каким-то критериям... , далее можно даже моделировать повторное прилипание и так далее...

есть и другие способы\методы численного моделирования , позволяющие моделировать и более сложные случаи клеевых соединений - на пример накопление усталостных разрушений при гармонической нагрузке и так далее...

*** все свойства "клеев" - можно задавать от каких-то "параметров" - на пример от температуры, при чем можно решать нестационарную задачу термо-прочности - на пример моделируя распространение температуры по расчетной области и изучая процесс "отрыва\деламинации"


на пример - наберите в Гугле такие слова:
glue numerical simulation

увидите сотни ссылок на расчеты клеевых соединений - самыми разными методами![/b]

вот на пример - группа очень квалифицированных немецких инженеров успешно решает такие задачи:
https://www.dynamore.de/de/download/papers/forum07/forum07/keynote/modelling-of-adhesive-bonding-in-crash-simulation

[Kirilius83]

это хорошо, но:
у нас нет широкого спроса на современные расчеты (да и вообще расчеты), т.к. руководство просто не понимает (ибо не технари)  зачем нужно много считать, когда можно взять аналог и просто быстро сделать.
у нас не любят тратить средства на покупку оборудования и софта для моделирования и расчетов, это все же заметные деньги.

В связи с этим отсутствует как необходимость, так и возможность научится расчетам, и как следствие - у большинства нет таких навыков.

[Valery-Moscow]

ну да...
деградация в России в последние лет 10-15 просто жуткая... 
впрочем в России этого как-то стараются не замечать...
наверно так удобно и\или выгодно....

[Senior lecturer]

Для клея у меня есть только адгезия к материалу, МПа.

Николай, а откуда в формулах силы появляется /2 (я чего то не догоняю...  )? Ведь площадь прямоугольника ВхL (Н)...

[Ё]

Наверное, характер нагрузки и разрушения разнятся для болтового и клеевого соединения.
Редактирую: в формуле L надо заменить на H.

Ну, в случае жЁстких деталей - так?

( А для гибких, упругих деталей, как сказал один советский профессор, "надо делать и пробовать"! )

[Kirilius83]

чуточку про треугольную нагруку и неравномерность напряжений
http://www.studfiles.ru/preview/2995009/page:2/

[Николай]

Сеньёру: Да, конечно, в  первом примере делить на два не надо... Тороплюсь, однако...
Ё: Если нагрузка приложена к верхнему краю детали, то откуда возьмутся сжимающие напряжения?