книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

Деформации, измеренные с помощью тензорезисторов, рас­ считывают по известной формуле. Модуль упругости в соот­ ветствии с законом Гука вычисляют как соотношение при­ ращения напряжения к соответствующему приращению де­ формации в упругой области диаграммы растяжения — сжа­ тия:

Д а 1

Еп = А 8!

Коэффициент Пуассона определяют как абсолютное значе­ ние приращения деформации к соответствующему прираще­ нию продольной деформации в упругой области диаграммы растяжения—сжатия:

Д е2

Испытания трубчатых модельных образцов на кручение

Сущность методики состоит в испытании при кручении трубчатых образцов и определении при этом: крутящего момента Мкр с последующим вычислением сдвиговых на­ пряжений т; сдвиговых деформаций у; модуля сдвига С по измеренным т и у в упругой области на диаграмме нагру­ жения.

Для испытаний используют образцы, аналогичные показан­ ному на рис. 5.12. Необходимо только выдержать соотношение определяющих размеров 1/й < 3, где / —длина рабочей части; й — внутренний диаметр.

Для измерения сдвиговых деформаций на образец наклеи­ вают тензорезисторы в соответствии со схемой, приведенной на рис. 5.17. Испытания на кручение рекомендуется проводить с помощью специальных захватов, схема которых представлена на рис. 5.18. Захват содержит вставку 2 с цилиндрической законцовкой и хвостовиком с лысками, бандаж 4 с разрезами

истягивающими болтами 6, винты 3, цилиндрический штифт

ифланец 1. Бандаж устанавливают на упрочняющую часть образца 5 с предварительной затяжкой, затем в полость образца

Рис. 5.17. Схема наклейки и подсоединения тензорезисторов

Рис. 5.18. Схема устройства для ис­

пытания трубчатых образцов на кру* чение:

1 ~ фланец; 2 —вставка; 3 —винты;

4 —разрезной бандаж; 5 —образец;

6 - стягивающие болты

вводят вставку с цилиндрической частью. Вставки и бандаж соединяют винтами и осуществляют его окончательную затяж­ ку. В аналогичной последовательности проводят сборку и ус­ тановку второго захвата. Посредством хвостовика вставки и фланца захваты с образцом крепят на испытательной машине.

Для проведения испытаний применяют машины, позво­ ляющие создать необходимый крутящий момент и скорость захвата. Погрешность измерений не должна превышать 5 %.

После установки образца тензорезисторы подключают к измерительным приборам. Осуществляют тарировку по кана­ лам нагрузки и деформаций и затем плавно нагружают образец до момента разрушения, регистрируя показания приборов. Оп­ ределяют характер и место разрушения.

Сдвиговые напряжения рассчитывают в соответствии с фор­ мулой

полярный момент сопротивления.

Сдвиговые деформации рассчитывают по формуле

У = I е 1 I + I е2 I >

где Б| , б2 относительные деформации, измеренные под углом ±45° к продольной оси.

Модуль сдвига, согласно закону Гука, определяют по фор­ муле

причем значения т и у берут на упругом участке диаграммы деформирования.

Все экспериментальные данные, полученные в результате различных видов испытаний образцов, могут быть положены в основу расчетов конструкций из КМ.

5.6. Контроль герметичности изделий из композиционных материалов

При изготовлении конструкций из КМ, работающих под давлением, для определения их герметичности в настоящее время разработаны и широко применяют различные методы контроля: гидравлические, пневматические, химические, мас­ соспектрометрические, галоидные, радиационные и др. Каж­ дый из этих методов имеет свои разновидности.

Большое разнообразие методов объясняется различной их чувствительностью к обнаружению течей, производительнос­ тью, возможностью выявления суммарных и локальных утечек, стоимостью, безопасностью.

Наиболее важная характеристика —чувствительность мето­ да - определяется значением надежно регистрируемого мини­ мального потока газа или жидкости. Чувствительность метода должна соответствовать степени герметичности контролируе­ мой конструкции. В технических условиях на изготовление изделий, подлежащих контролю герметичности, метод контро­ ля и его чувствительность указываются совместно с требуемой степенью герметичности. Если такое указание отсутствует, то необходимо выбирать метод контроля, чувствительность кото­ рого в 2 -3 раза превышает заданную степень герметичности.

В системе СИ чувствительность (течь) измеряют в еди­ ницах потока воздуха (мм2МПа/с). Соотношение между этой величиной и единицей, применяемой ранее, следующее: 1,ЗЗЮ- 1мм3-МПа/с = 1 л-мкм/с.

Как правило, перед проведением испытаний на герметич­ ность контролируемые объекты подвергают гидравлическому испытанию на прочность (опрессовке). Обычно давление при испытании в 1,5...2 раза превышает рабочее давление. Боль­ шинство из указанных выше методов с успехом применяют и для контроля герметичности сосудов давления из КМ, полу­ ченных намоткой. Гидравлический метод контроля герметич­ ности может быть осуществлен тремя способами — гидравли­ ческим давлением, наливом и поливом воды.

Иногда контроль герметичности совмещают с испытаниями изделий на прочность. Степень герметичности и места течи этим способом определяют по падению давления жидкости,

регистрируемому манометром, и по появлению на наружной поверхности капель и струек жидкости, а также отдельных отпотевших участков.

При таком способе контроля герметичности могут быть выявлены дефекты с эффективным диаметром около 1 1 0 -3 мм.

Вкачестве контрольной жидкости можно применять воду, воду

схромпиком, масла, растворы с радиоактивными добавками и другие жидкости.

Вкачестве индикатора чаще всего применяют фильтроваль­ ную или индикаторную бумагу в зависимости от типа контроль­ ной жидкости.

При испытании поливом изделие размещают в потоке па­ дающих капель жидкости. Признаком герметичности в этом случае является отсутствие видимой влаги на поверхности внут­ ренней полости.

Одним из наиболее распространенных методов контроля герметичности являются пневматические испытания, позво­ ляющие определять как суммарную, так и локальную негерметичность. В зависимости от способа индикации течей пневма­ тические испытания подразделяют на манометрические, пу­ зырьковые и химические. Манометрический метод контроля бывает двух видов: способ спада давления и способ дифферен­ циального манометра.

Первый способ применяют при контроле суммарной сте­ пени герметичности. В этом случае в объект под давлением нагнетают воздух или воздушно-гелиевую смесь, затем под этим давлением выдерживают его в течение определенного времени, указанного в технических условиях на испытания.

Степень суммарной негерметичности контролируют мано­ метрами высокого класса точности по падению давления в изделии за время выдержки. Этот способ рекомендуется при испытаниях сосудов небольшого объема. Чувствительность

этого метода составляет примерно (1—7)-10“ 3 мм3 МПа/с. При этом температура в процессе испытаний не должна изменяться более чем на ± (1 — ) °С.

Способ индикации течей с помощью дифференциального манометра, применяемый чаще всего для обнаружения микро­ течей в сварных швах, является наиболее сложным, но и наи­ более чувствительным. Этим методом с применением специ­

альных магнетронных манометров удается обнаруживать течи до 10” 8 мм3 МПа/с.

Пузырьковый метод контроля герметичности основан на регистрации утечек в испытуемых емкостях по появлению пу­ зырьков газа. Различают три разновидности пузырькового ме­ тода: методы обмыливания, “аквариума” и вакуумирования.

При использовании метода обмыливания внутрь изде­ лия подают газ под давлением, составляющим 1 —1 ,2 от рабочего. После выдержки в течение 3...5 мин на контро­ лируемую поверхность наносят мыльную эмульсию. Места течи выявляют по появляющимся мыльным пузырькам. Данным методом можно обнаружить течи с эффективным диаметром до МО-3 мм.

Для повышения чувствительности метода вместо мыльной эмульсии применяют специальные деформирующиеся составы на основе вязких латексов и дисперсных пенообразующих ве­ ществ. Места течи в этом случае определяют по вздутиям, пенным пятнам или кратерам.

Использование деформирующих и дисперсных масс по­ зволяет повысить чувствительность метода обмыливания до 710“4 мм3 МПа/с.

Контроль герметичности методом “аквариума” заключается

вподаче на контролируемый объект воздуха или азота под избыточным давлением с последующим погружением его в воду или спирт. Утечки определяют по пузырькам газа в жидкости. Значение избыточного давления в контролируемом объекте составляет 0,2—0,3 от испытательного давления. Затем давление

всосуде повышают до значения испытательного давления, указанного в технической документации и выдерживают в те­ чение определенного времени.

Объект считается герметичным, если в процессе выдержки в жидкости не будут замечены выделяющиеся из него пузырьки воздуха. Чувствительность данного способа при использовании воды составляет 10-3 мм3 МПа/с, а при погружении изделия в спирт, отличающийся меньшим поверхностным натяжени­ ем, повышается до 510“4 мм3 МПа/с.

Метод “аквариума” рекомендуется применять для сосудов давления вместимостью не более 150 дм3 и не имеющих на своей поверхности видимых впадин.

Химический метод контроля, называемый также методом остаточных устойчивых следов, основан на изменении окраски в специальном индикаторном веществе, происходящем в ре­ зультате его химической реакции с аммиаком (ЫН3). Приме­ няемое в данном случае индикаторное вещество имеет следую­ щий состав:

глицерин — 10 %; агар вымороженный - 1 %; спирт эти­ ловый — 1 %; индикатор креозоловый красный водораствори­ мый — 0,0075 %; спирторастворимый индикатор - 0,0075 %; дистиллированная вода — остальное.

Данный состав приготавливают в специальных смесителях и хранят в термосах при температуре 333...353 К.

Контроль герметичности изделия в соответствии с данным способом осуществляют следующим образом:

1 ) на контролируемую поверхность изделия распылителем наносят индикаторную массу, либо накладывают пропитанные этой массой светлую ткань или фильтровальную бумагу (по­ верхность должна быть сухой, химически чистой и нейтраль­ ной);

2)внутрь сосуда под избыточным давлением 0,1...0,15 МПа (но не более рабочего) подают смесь воздуха с аммиаком (объемная доля последнего равна 0,5...1%);

3)выдерживают изделие при этих условиях в течение10...15 мин;

4)сбрасывают давление и осуществляют визуальный осмотр изделия, фиксируя места течей (объект считается герметичным, если на поверхности, покрытой индикаторной массой, не об­ наружено пятен малинового цвета);

5)продувают внутреннюю полость изделия сжатым возду­

хом;

6) отмывают изделие от индикаторной массы салфеткой, смоченной в теплой воде.

Чувствительность химического метода контроля составляет примерно 6,6-10- 5 мм3 МПа/с. В последнее время для контроля герметичности наиболее широко применяют специальные уст­ ройства — течеискатели.

Метод, основанный на использовании этих устройств, на­ зывают массоспектрометрическим и галоидным. Сущность того и другого методов заключается в регистрации тем или иным