Wpływ czynników konstrukcyjnych na trwałość zmęczeniową połączeń klejowych

Połączenia klejowe charakteryzuje ograniczona trwałość zmęczeniowa. W pracy przedstawiono wyniki badań zmęczeniowych połączeń zakładkowych prostych obciążonych na ścinanie, połączeń czołowych obciążonych na odrywanie oraz połączeń czopowych walcowych obciążonych na ścinanie. Próbki wykonano ze stali St3. Powierzchnie próbek przygotowano do klejenia poprzez piaskowanie i przemywanie benzyną ekstrakcyjną. Próbki klejono klejem epoksydowym Epidian 57 utwardzanym trietylenotetraaminą w temperaturze 60°C. W badaniach zmęczeniowych próbki obciążano obciążeniem zmiennym o wartości maksymalnej równej 0,5 wytrzymałości doraźnej badanych połączeń. Najwyższą wytrzymałość zmęczeniową wykazały połączenia czopowe walcowe, gorszą zakładkowe, a najmniejszą czołowe. Metodą elementów skończonych obliczono rozkłady naprężeń w spoinach badanych połączeń pod obciążeniem niszczącym i maksymalnym cyklu zmęczeniowego. W obliczeniach uwzględniono nieliniowe właściwości kleju i klejonych elementów. Stwierdzono różniące się rozkłady naprężeń w spoinach badanych połączeń - np. maksymalne naprężenia normalne w spoinach połączeń czopowych walcowych miały wartość ujemną i to mogło być przyczyną dużej trwałości zmęczeniowej takich połączeń. Wykazano, że nie ma liniowej zależności między obciążeniem a wartością maksymalnych naprężeń w spoinach połączeń zakładkowych. Stwierdzono wyraźną zależność trwałości zmęczeniowej spoin klejowych od rodzaju połączenia - kształtu i sposobu obciążenia.

The glue joints are characterized by limited fatigue life. The paper presents the results of fatigue research of simple butt joints subjected to shear, simple butt joints subjected to tension, and cylindrical pin joints subjected to shear. The samples were made of St3 steel. The glued surfaces were prepared for gluing by sand blasting and extraction naphtha washing. The samples were glued the epoxide adhesive Epidian 57 cured at a temperature 60°C. In fatigue tests, the samples were loaded with pulsating load which maximal value was equal to 0.5 of the breaking load. The cylindrical pin joints proved the prime fatigue life, lesser simple single lap joints, and the worst simple butt joints. The stresses in adhesive layers of the tested samples were calculated for destructive load and maximal pulsating load by means of finite elements method. The nonlinear properties of adhesive and glued materials were taken into consideration in the calculations. It was found that varied stresses distribution was in adhesive layers of the examined joints. The maximal normal stresses in adhesive layer of cylindrical pin joint were negative and it possibly was a cause of good fatigue life of such joints. It was pointed out that there is no linear dependence between maximal load values of joints and maximal stress values in adhesive layers of simple single lap joint. It was found that the fatigue life of adhesive layers was essentially depended on a type of joint – on shape and loading type.