Явление расслоения и конструирование соединений

Способы крепления

Основные способы крепления таковы:

• приформовка накладными валиками, «мокрыми» угольниками из предварительно пропитанной ткани или стекломата, накладными стыковыми полосами
• присоединение к брускам, планкам или плитам, расположенным снаружи или заформованным
• крепление сквозными болтами или заклепками; самонарезающими винтами; с использованием резьбовых и самостопорящихся впрессовываемых вкладышей
• установка на клею.

Каждое соединение формованных элементов между собой, формованной поверхности с деревом или металлом, а также установка арматуры осуществляются с применением одного или нескольких из этих способов.

Самое непосредственное отношение к рассмотрению крепления оснастки и арматуры к корпусу имеет § 2.20-«Места концентрации напряжений», поскольку чрезмерная концентрация напряжений возникает именно в местах соединений или креплений.

Подготовка соединяемых поверхностей

Подготовка поверхностей к соединению является очень важной технологической операцией, и если она не выполняется в полном объеме, то отрицательные последствия неизбежны.

При соединении болтами или винтами специальной подготовки, кроме подгонки одних деталей к другим, не требуется. Однако в результате тщательной абразивной обработки можно удалить выступы сопрягаемых поверхностей и добиться их лучшего прилегания.

Прежде чем начать крепление к корпусу каких-либо дополнительных деталей, необходимо обеспечить чистоту поверхности и хорошее сцепление в месте их приформовки. С этой целью поверхность корпуса подвергают абразивной обработке с солидным «запасом» по величине обработанной площади (удаляют блестящий гладкий поверхностный слой, сошлифовывают выступы и снимают слой краски или грязи).

Если поверхность окрашена, покрыта грязью или замаслена, сцепление может оказаться ненадежным или вовсе не будет достигнуто. Следовательно, чем чище поверхность отформованной конструкции и чем тщательнее выполнена ее абразивная обработка, тем надежнее сцепление.

Подготовка поверхностей для соединения на клею во многом аналогична подготовке поверхности для приформовки и в равной степени необходима. Особое внимание следует обращать на тщательность очистки и обезжиривания днищевой части. Если судно не новое, то на его днище могут скопиться масло и грязь, которые помешают при соединении на клею добиться хорошего сцепления. Даже на новом судне днище бывает покрыто следами от грязной обуви, пылью и мусором.

Для размягчения поверхности и ее обезжиривания, а также для улучшения химической связи можно использовать ацетон. Он высушивает поверхность, поэтому его применение наиболее целесообразно в сырую и холодную погоду, когда интенсивно конденсируется влага. Однако ацетон растворяет смолу, и им следует пользоваться с осторожностью. Его нужно брать в небольшом количестве и примерно через 15 мин полностью удалять с поверхности стеклопластика. Если поверхность чистая, ацетон лучше не употреблять, но если она загрязнена, то его применение при соблюдении надлежащих мер предосторожности оказывается вполне оправданным.

В ограниченных пространствах воздействие паров ацетона вызывает неприятные ощущения, кроме того, пары легко воспламеняются, и поэтому с ацетоном нужно обращаться так же осторожно, как с бензином или природным газом.

Сцепление всегда бывает прочнее на более шероховатой внутренней поверхности стеклопластиковой конструкции, чем на гладкой лицевой, соприкасающейся при формовании с поверхностью формы. Кроме того, на лицевой поверхности могут находиться остатки разделительных веществ или полировочного состава, неполностью удаленные после профилактических работ, из-за которых также снижается прочность соединения.

Если возможность надежного сцепления вызывает сомнения, а присоединяемый элемент арматуры имеет важное значение и относится к высоконагруженным, то необходимо использовать соединительные детали.

Явление расслоения и конструирование соединений

Все конструкции, отформованные из армированных пластических материалов, являются слоистыми. Они состоят из отдельных слоев высокопрочного стекловолокна, соединяемых между собой при помощи смолы, обладающей гораздо меньшей прочностью.

Рис. 1. Действие поперечных растягивающих нагрузок на формованную конструкцию: а - нагрузки, приложенные к поверхности, вызывают расслоение конструкции; б - при сквозном креплении детали нагрузка воспринимается всей конструкцией.

Очень важно крепить арматуру и соединительные детали таким образом, чтобы избежать «растаскивания» слоев материала и, следовательно, его расслоения. Расслоение может произойти, если растягивающее усилие будет приложено к соединительной детали или элементу арматуры, закрепленному только благодаря адгезионной связи (рис. 1).

Следовательно, все детали, подверженные растягивающим усилиям, должны иметь сквозное крепление для того, чтобы нагрузка воспринималась слоистым материалом как единым целым, а на связующие участки между отдельными слоями не воздействовали никакие нагрузки. Сказанное относится и к любой соединительной или крепежной детали, которая обычно воспринимает сжимающие усилия, а растяжению может быть подвергнута только случайно. Так, нельзя допустить, чтобы крепительная утка была вырвана вместе с частью конструкции в критической ситуации, если от неожиданности или по элементарному неведению потянуть снасти в неверном направлении.

Все соединения должны быть спроектированы так, чтобы независимо от того, правильно или неправильно прикладываются к ним нагрузки, являются ли они расчетными или нерасчетными, всегда разрушалась арматура или ее крепление, а не судно. Это очевидная истина, но, к сожалению, о ней следует специально упомянуть, ибо слишком многие суда пришлось латать (и не только отформованные из стеклопластика), в то время как нужно было всего лишь установить на них новую крепительную утку.

Прочность соединения двух отформованных конструкций или отформованной конструкции и детали из дерева должна быть не ниже прочности любого из соединяемых элементов. При этом соединения на основе адгезионного сцепления должны работать только на срез или на сжатие и не должны работать на растяжение, которое вызывает расслоение. Если есть опасность, что соединение подвергается растягивающим нагрузкам, необходимо наряду с обычной приформовкой применять сквозное крепление. Часть соединения при изгибе может оказаться под действием растягивающих нагрузок; кроме того, необходимо учитывать действие сил на другие элементы конструкции, а также неблагоприятное воздействие нагрузок при превышении их допускаемого уровня.

Прочность отформованной конструкции зависит от структуры стекловолокна, поэтому в каждом соединении волокна должны быть по возможности непрерывными. Сращивать стекловолокна практически нельзя, следовательно, наилучшим будет соединение внахлестку с наложением одних волокон на другие на достаточно большом участке. Стыковое соединение не обеспечивает непрерывности стекловолокна и поэтому непригодно. Если необходимо получить соединение с гладкой поверхностью, целесообразно использовать стыковое соединение с накладкой или два соединения внахлестку.

Соединение двух элементов

Способы соединения отформованных конструкций по существу одинаковы (как для жестких и отвержденных заготовок, так и в случае приформовки мокрой детали к полученной ранее жесткой конструкции).

Приформовка внахлестку мокрой детали поверх уже отвержденной обычно обеспечивает достаточно прочное соединение благодаря высокой степени химической связи и плотному контакту сопрягаемых деталей. Но две отвержденные детали лучше скреплять механическим способом. Довольно часто рекомендуется соединять две отвержденные отформованные конструкции с помощью проложенного между ними слоя мокрого стекломатериала и смолы. Однако такое соединение не будет абсолютно надежным, поскольку обычно применяемые при формовании полиэфирные смолы не обеспечивают достаточно прочного адгезионного сцепления конструкций и при этом нарушается непрерывность стекловолокна. Подобное соединение можно использовать лишь в сочетании с механическим.

Для достижения равномерной прочности конструкции все соединения должны выполняться внахлестку. Стыковые соединения, за исключением соединений с накладками, использовать не следует. Примеры рекомендуемых соединений показаны на рис. 2 и 3. Одинарные соединения внахлестку (рис. 2) могут быть как «мокрыми», так и «сухими».

Для двойных соединений внахлестку (рис. 3) и в случае приформовки угольников более пригодны мокрые элементы, поскольку мокрому стеклопластику легко придать нужную форму и обеспечить надежный контакт сопрягаемых деталей; при этом, если позволяет конфигурация, можно также использовать на стыках накладки из другого листового или профильного материала.

Кромки детали для соединения внахлестку должны быть скошены; соединение со «ступенькой» весьма нежелательно. Если одна из соединяемых деталей значительно толще другой (рис. 4), соединение должно быть сглажено, так как внезапное изменение толщины приводит к концентрации напряжений. Чтобы избежать резкого изменения толщины, нередко увеличивают толщину более тонкой детали в зоне соединения или подкладывают под нее полоску фанеры. Соединение в косой стык достаточно прочно лишь при тщательной его проклейке или сквозном механическом креплении. Если сухое соединение имеет большую протяженность и по всей его длине должно быть обеспечено плотное прилегание сопрягаемых деталей (обычное требование для формованных судовых конструкций), необходимо очень точно выполнять раскрой. В тех случаях, когда гладкая поверхность нужна на большой длине, проще использовать стыковое соединение с У-образной разделкой кромок и накладкой или соединение внахлестку с углублением. Такие соединения и более надежны (если соединение легче выполнить, то меньше вероятность, что оно будет с дефектом).

Иногда к размерам и внешнему виду внутренней стороны отформованной конструкции предъявляются настолько жесткие требования, что при небольшом выступе или плавно сглаженном соединении внахлестку конструкция считается неприемлемой. Обычно эти требования касаются лишь небольшого участка соединения. В таких местах делается прямой или скошенный стыковой шов, который будет подкрепляться прилегающими к нему соседними участками соединения внахлестку. Прочность соединения повышается, если оно пересекается каким-либо конструктивным элементом, например, шпангоутом или переборкой.

Рис. 2. Одинарные соединения внахлестку. Для предотвращения возможного расслоения соединения нижнего ряда рекомендуется дополнить сквозным креплением.

 

Рис. 3. Двойные соединения внахлестку. Соединения нижнего ряда для растягивающих нагрузок непригодны.

Если в процессе соединения один из элементов накладывается в неотвержденном состоянии, то обеспечивается надежное сцепление, полное прилегание сопрягаемых поверхностей и никакого специального уплотнения не требуется. Но в месте соединения двух отвержденных отформованных деталей или отформованной и деревянной детали необходимо надежное уплотнение. В таких случаях следует использовать высококачественные эластомерные уплотнители, такие как прокладки на основе полисульфида (тиокол), силикона, полибутадиена или неопрена. Более дешевыми уплотнителями могут служить не теряющие эластичности компаунды, употребляемые при заформовке.

Рис. 4. Резкие изменения контура или толщины деталей в месте соединения, вызывающие концентрацию напряжений (а). Предотвращение концентрации напряжений с помощью плавных переходов (б).

Стеклопластик является упругим материалом, поэтому применяемые уплотнительные материалы также должны быть упругими и не терять прочность с течением времени. Вместе с тем соединение, на которое с внутренней стороны наформован для усиления подкрепляющий элемент, следует считать неподвижным; для его уплотнения можно использовать менее эластичные материалы, например, шпаклевку на основе синтетической смолы.

Неотвержденные полиэфирные связующие соединяются с отвержденными полиэфирными материалами вследствие их химического сродства. Но чем больше времени прошло с момента отверждения стеклопластика, тем слабее химическая связь и тем вероятнее, что поверхность стеклопластика будет загрязнена. Поэтому поверхности любых соединяемых конструкций, кроме только что изготовленных и не бывших в эксплуатации, необходимо тщательно обезжиривать и зачищать шлифовальной шкуркой. На шероховатой поверхности сцепление всегда прочнее, чем на поверхности с наружным декоративным слоем. Вместо полиэфирной можно использовать эпоксидную смолу, применение которой дает возможность получить более прочные соединения и в то же время сохранить слоистую структуру материала.

Зазор между соединяемыми элементами часто бывает достаточно большим, потому что невозможно обеспечить точную подгонку по всей длине соединения таких крупных конструкций, как, например, корпуса и отформованного планширя или палубы. При отверждении неизбежно происходит неравномерное
сжатие. Погрешности пригонки нередко удается исправить при помощи механических креплений. Этому способствует естественная гибкость отформованных заготовок, позволяющая подтягивать одну заготовку к другой. Попытка использовать в таких случаях слои пропитанного связующим компонентом стекломата приводит к еще большему разъединению полуэластичных отформованных элементов. Однако стягивание краев соединяемых частей с помощью механических креплений допустимо лишь в ограниченных пределах, поскольку эти части должны оставаться ненагруженными.

Способы соединений отформованных конструкций с деревянными или металлическими деталями в общем такие же, как и двух отформованных заготовок. Следует избегать стыковых соединений и стараться применять какую-либо разновидность соединения внахлестку. При выполнении мокрого соединения на деталь необходимо сначала нанести грунт, наиболее подходящий для того материала, из которого она сделана. Площадь контакта сопрягаемых деталей в таком соединении должна быть достаточно большой, а сопряжение следует осуществлять взамок. При этом формованная конструкция охватывает значительную часть детали из другого материала и соединение получается намного прочнее, чем в случае контакта деталей по плоскости. Зачастую удается спроектировать соединение таким образом, что деталь оказывается заделанной внутрь формованной конструкции.

Если нет подходящих грунтов для дерева или металла, то сцепление вряд ли будет надежным. В таких случаях вместо приформовки следует использовать механическое крепление или склеивание. Склеивание и обычные способы крепления, как правило, дают удовлетворительные результаты при условии грамотного исполнения. Поскольку они хорошо знакомы, надежность соединения будет большей даже при недостатке опыта, что также немаловажно.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: