Анализ трещиностойкости клеевых соединений с использованием метода конечных элементов и модели когезионной зоны

Методика когезионных зон позволяет оценивать устойчивость материала, как к началу роста существующей трещины, так и к возникновению и развитию дефектов в местах концентрации напряжений. Возможность достоверно определять параметры разрушения клеевых соединений (КС) и предсказывать поведение элементов конструкций с их использованием при нагружении является актуальной задачей для авиастроения. Предложено использовать в конечно-элементной 3D модели расслоения по моде I образца КС в виде двухконсольной балки длину когезионной зоны (lcz), рассчитанную по экспериментально определенным параметрам - локальной межслоевой когезионной прочности материала (σIС) и интенсивности высвобождения упругой энергии (GIC). Рассчитанная длина когезионной зоны применена в модели для расчёта минимального числа конечных элементов при оптимальном их размере, что обеспечивает более высокую точность вычислений основных параметров трещиностойкости образцов КС при минимизации объема вычислений. В качестве объектов исследования использовали КС листов алюминиевого сплава Д-16, склеиваемые дисперсно-наполненными клеями промышленных марок ЭПК-1, ВК-9, и К-300-61, которые широко применяются в качестве конструкционных клеев в производстве аэрокосмических конструкций. В результате проведенных исследований определены основные параметры трещиностойкости и выбрана оптимальная длина конечного когезионного элемента, и полученная модель точно описывает процесс роста трещины. Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами экспериментов.