автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Развитие основ теории клеевых соединений и ее реализация в обувных и кожевенно-галантерейных изделиях

£8 0 6 9'?

«хковошй ордена трудового красного шамени

малогачЕошй институт легксй шшввшосш

На правах рукописи АЛЕКСАНДРОВ Сергей Петрович

а 3 в и т и е основ теории клеевых оединений и ее реализация в увных и К о не венН 0 - ГалаНТЕре иНЫX ИЗДЕЛИЯХ

Специальность 05.I9.0S "Технология обувннх и

кожевенно-галг чтерейных изделий"

автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 193В

Работа выполнена в Российском заочном институте текстильной и легкой промышленности

Официальные оппоненты: действительный член Инженерной

академии наук Украины,заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук, профессор Скатерной В.А.

доктор технических наук, профессор Степаннчев Б.И.

доктор технических наук Фомина ТЛ.

Центральный научно-исследовательский

Ведущая организация: институт кожевенно-обувной промышленности

Защита состоится "26" шаня , 1992г. в Ю_ часов на заседаш

специализированного Совета Д.053.32.03 при Московском ордена Труде Краоного Знамени технологической институте легкой промышленности по адресу: 113806, Москва, ул.Осипенко, 33,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института легкой промышленности

Автореферат разослан и " шя 1992г.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат технических наук, доцент

О

-1 -

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ ;.А^таШЮСТЪ ПРОБШЫ. Диалектическое развитие конструкций вных и козгевенно-галантерейных изделий отрасли на современном пе связано.с широким использованием клеевых соединений на базе грессивншс технологических методов с заменой последовательной аботки на параллельно-последовательную, точечного воздействия ин-умента на плоскостное и объёмное.

В мировом производстве обуви около 70/« от общего объёма выпуская нлеевш методом. В нашей стране доля обуви клеевого метода крепил в последние годы также составляла 10-72%.

Обладал известными преимуществами, клееные соединения не всегда ¡спечивают стабильность прочностных характеристик, что приводит к ;ере работоспособности изделия. По даннш САТРА рекламации на обувь гедствие разрушения нлеевнх швов составляют около ГА от общего ко-геетва нцпускаеиой обуви, что в абсолютных цифрах для мирового шзводства обуви выражается примерно :в 61 млн. пар дефектной по мине отклейки обуви. К недостаткам клеевых соединений,используе-: в изделиях отрасли,следует отнести и избыточную материалоемкость,• зыващув ощутимый расход дорогостоящих кояевенннх материалов и зевах композиций.

С целью установления соответствия клеевых соединений комплексу гребительских требований возникает связанная с компромиссными ре-;мяш проблема обеспечения их оптимальной прочности и надежности изделиях отрасли при ограниченном наборе составляющих элементов и знойного диапазона их упруго-геометрических характеристик.

Теоретические аспекты проблемы прочности типо-размерного ряда еевых соединений, используемых в составе изделий отрасли, ещё достаточно исследованы, а разработанные методы управления прочност-ми характеристиками не обладают необходимой эффективностью} отсут-'вует также методология расчета и конструирования оптшаль-к клеевнх соединений для обувных и ножевеино-галантерейних из-

дояий. Одерживающий фактором на пути-проведения углубленшх исследований клеевйх соединений является и явная недостаточность разработок в области исследовательской и испытательной аппаратур« для комплексной оценки прочностных характеристик соединений, что такзе требует скорейшего решения. ■'..'■''

Настоящая работа ставит своей задачей восполнить пробел в о тих областях и тем самда обеспечить решение научно-технической ■ проблемы пов'шения прочности и снижения материалоемкости клеевых соединений в изделиях отрасли.

Вабота выполнялась в рамках координационных планов научно-исс дователъских работ АН СССР по проблеме "Обща» механика" и по госбюд жвтной тематике Минвуза России.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИСШШДОВАНШ. Целью настоящей работн являете развитие методологии проектирования и разработка инструмента экспериментального анализа клеевых соеданений обувных и косвенно-галантерейных ивделий, обеспечивающих оптимальные параметры прочности и материалоёмкости«

Поставленная цель реализуется решением следующих задач:

- разработка феноменологических моделей хлеевих соединений, отражаю-.тфос схему нагружения, краевые условия и упруго-геометрические характеристики, присущие изделием отрасли при их эксплуатации;

- развитие аналитических и численных методов исследования применительно к установленным классам моделей, создание типовых методик расчёта клеевых соединений;

- оптимизация параметров клеевых соединений по критериям прочности, обеспечивающих минимизацию расхода материалов, создание оптимальных конструкций клеевых соединений для изделий отрасли;

- разработка концепции комплексной системы испытаний клеевых соединений, соэдание типовых методик испытаний, адекватно отражающих условия функционирования клеевнх соединений в составе иаделий отрасли

аи .эксплуатации;

разработка измерительное устройств и приборного обеспечения для ;питания типовых клеевых соединений при различных видах их нагрухе-и в изделиях отрасли;

создание программного обеспечения для маминой реализации разрабо-шю пс методов расчёта и испытаний.

Решение вышеперечисленных задач позволит в определённой мере зиблизиться к созданию комплексной системы-методов проектирования испытания клеевых соединений, что, в свою, очередь, откроет возмож-)сть для более углублешого инженерного проектирования оптимальных ■ шструкций изделий отрасли, отвечающих предъявляемым требованиям ючности при минимальной материалоемкости.

Экспериментальная часть работы проводилась в лаборатории "Иссле- ' >вание напряжений и деформаций оптическими кетодаш" МГТ/ го.!.Н.Э. тумана и в лаборатории "Динамика и прочность малин" РЗИТЛПа.

ПЕТО; Л ИССЛЕДОВАНИЯ. Теоретические исследования выполнялись I основе методологии общей теории систем, методов математического ■ >делирования, нелинейной теории большее перемещений при плоском 1гибе, теории напряженного дефорлированного состояния сращенных гстем, методов аналитического и численного рооения да$ференциалышх твнени"; высшего. порядка, .теории управления автоматических систем, :тодов оптимизации парагдзтров объектов, математпчеекго: методов зогракмировашя и логической алгоритмизации.

При заполнении экспериментальных исследований иироко использо-)лись и получили развитие методы поляризационно-оптический тенпомет-фовагаш, натурных и модельных испытания. При обработке результатов пользовались положения и. методы математической статистики. Реали-щия разработашшх программна средств осуществлялась с испо.тьпоза-¡ем методов системного и структурного программирования.

Научная новизна настоящего исследования представлена разрабо

кой и развитием основ теории и проектирования клеевых соединений

и их реализацией в обуввдх и хояевенно-галантерейных изделиях. Пр

эхом бшш созданы;

- методология системного подхода к процессу синтеза и анализа кле вах соединений изделий отрасли}

- типовой ряд феноменологических моделей клеевых соединений, отра яащих схему нагруясения, краевые условия и упруго-геометрически характеристики составлящих, присущие изделиям отрасли и реяима их эксплуатации;

- типовой ряд математических моделей клеевых соединений, работающих на ¿--отслаивание при жестко закрепленной по нижнему основанию подложке; ^-отслаивание консольного вида; Т-расслаивание; н, изгиб с большими перемещениями; та сдвиг и др.

- мода^ицировашшй критерий, ограничивающий область решений дийфе рещиальннх уравнений дасшего порядка, описывающих напряленно-дефоршрованное состояние клеешх соединений, базирующийся на упруго-геометрических параметрах составляющих элементов клееных соединений; .

- метод определения граничных условий, позволяющий реализовать решения ряда математических моделей,' учитывающих сдвиговые хара теристики адгерентов;

- методики расчета клеевых соединений/' работающих на Ь -отслаивание и Т-расслаивание," системы управления вкходнши показателями прочности и поиска оптимальнцх параметров соеданений;

- методика определения оптимальной формы нехлесточного клеевого соединения с равнонапряяенныш составляющими элементами, обеспе чзязаю^ми тектоническую оправданность $ор!.ш;

- алгоритм определения закономерности распределения напряжений по

высоте элементов в нахлэсточном клеевом соединении; методика расчёта напряжешо-дефорыированного состояния клеевого соединения в системе низа обуви,, подвергающегося большим изгиб-дам деформациям в процессе носки;

типовой ряд конструкций клеевых соединений для изделий' отрасли, обладающих повышенными прочностными характеристиками; система приборного обеспечения для проведения комплексных испытаний клеевых соединений на прочность;

алгоритмы и программы машинного расчёта НДС типового ряда клеен»: соединений, базирующейся на аналитических и численных методах решений.

ДОСТОНЗНЮСТЬ полученных результатов обосновывается оценкой 1грешностей, вносимых используемыми допущениями, применением при тематическом моделировании адекватных численных методов аналиэа, доставлением некоторых частных решений с известными в литературе полученными другими методами,''контролем точности при проведении шинных вычислений, непосредственны,! эксгсершентальнш исследош-ем.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Разработанные теория, пето-аиализа и проектарования, алгоритмы и программы их машинной реа-зации дают возможность моделировать и произвести оценку напряген--деформировашшго состояния клеевого соеданения, создавать опга-льные конструкции клеевнх соединений и испытательных устройств, о позволило:

определять численные значения параметров НДС составляющих элементов клеевых соединений, необходимых дня оцени! прочности и сохранения формы соединения при нагружении;

определять на стадии проектирования основные конструктивные.параметры клеевнх соединений, соответствующие целевой функции; вести

отработку конструкции на стадии проектирования;

- решать задачи оптимизации упруго-геометрических параметров клеевых соединений, обеспечившая« при заданной материалоемкости наилучшие прочностные показатели;

- существенно сократить сроки и объеда трудоемких и дорогостоящих лабораторных и производственных испытаний при разработке конструкции клеевых соединений для вновь создаваемых и модернизируемых изделий отрасли.

Кроме того, значительную практическую ценность представляют:

- конкретные конструкции типовых клеевых соединений с улучшенными прочностными параметрами для изделий отрасли;

- разработанный и апробированный ряд приборов и устройств для проведения комплексных исследований и производственных испытаний клеевых соеданений на прочность;

- комплекс,вычислительных программ для решения широкого круга поисково-конструкторских н исследовательских задач независимо от типа используемых материалов клеевых соединений, геометрических параметров и условий нагружения.

тажаДЦЙЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы апробированы и внедрены в учебных и научно-исследовательских лабораториях вузов и НИИ, на предприятиях обувной и кожевеино-галантерейной промашен-кости.

Теоретические обобщения, методики исследования и некоторые вывода диссертационной работы нашли отражение в учебном процессе. Результаты работы, внедренные в производство, обеспечивающие повышение прочности и снижение материалоемкости клеевых соединений,, расширение возможности создания информационной базы их прочностных показателей, а также сокращение времени проектирования и испытаний позволили получить экономический эффект, составивший в суммарном выражении 14,9 млн. руб.

Документы, подтверждающие внедрение и практическое использование еретических положений, выводов и рекомендаций, представлены в шожента к диссертации.

НА ЗАЩТУ ШНОСИТСЯ теоретическое обобщение'и решение науч-1 проблемы, состоящей в разработке научных основ проектирования гевгос соединений для изделий отрасли, методологии комплексной гнки их прочности« свойств, оптимизации и прогнозирования проч-:тных параметров и материалоемкости на базе разработанного номп-сса аналитических, численных и экспериментальных методов исследо-пШ напряженно дефоршрованного состояния клеевых соединений, вы-генгаос закономерностей и Механизмов взаимосвязи упруго - ге ометргае с: характеристик клеевых соединений с их прочностными показателями, »метрами сохранения формы и материалоемкости, алгоритмизации про-¡сов анализа и проектирования клеевых соединений, разработки принтов формирования структура входных параметров, выработки критери-оценки, метода определения граничннх у слови:! для уточненннх моде-

равнопрочшх и тектонически оправданных форм элементов клеена -¡динений, системных решений автоматического управления поиском оп-¡аяьгазх параметров, типового ряда э^екпшшхконструюртй клеевнх ¡динений, а такте приборов и устройств для их комплексного иссле-¡ашя , что обеспечило повышение прочности и снижение материалоём-;ти клеевых сое^нениП и изделий отрасли в целом, создание необхо-злх предпосылок для разработки и внедрения систем автоматизирован-ю анализа и проектирования.

АПР0ЕА1ЦИ РАБОТЫ И ПУЕЗШЦЭД. Материалы диссертации били ' Голетш, • обсугкдсшт и получили пологлиелыгую оценку на д11 - ХУ1 ¡чно-технических конференциях ЗЗКТШа П:С2-Г5ГО г.г., на П меж-¡ародном симпозиуме "лимобувь - 03", Чехословашя, 1Г82 г.; на IX адународаон конгрессе :<о~евотго-П и ко-сеперерабатлзащеЯ проушиен-

кости, Венгрия, 1990 г.; на ученом совете электро-механического факультета ВЗЙТЛПа, 1989 г.; на научных семинарах кафедры АМ-1 ШЕУ им. Баумана, 1984 г., 1989 г.. Полностью работа докладывалась и была положительно оценена на объединённом семинаре кафедр Проектирова ние каш и автоматов., Сопротивление материалов и теории машин и механизмов, Технологии кожи, меха и изделий из кожи РЗИТЛПа, 1992 г.

Основное содержание диссертации отражено в К публикациях, из них 12 авторских свидетельств и 3 положительных решения.

Личное участив автора. Личный вклад автора состоит в постановке проблема и разработке идеи представленной работы, в проведении теоретических и экспериментальных исследований, разработке методов и методик расчёта, в проектировании измерительной аппаратуры и конструкций клеевых соединений для изделий отрасли, в анализе и обобщении решений и внедрении результатов работы.

СТРУКТУРА И ОБЬШ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содер кит 353 страницы машинописного текста, 66 рисунков, Ю таблиц и список литературы, вклтаащнй 382 наименования.

ОСНОВКСЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЕОШ Во введении обоснована актуальность теш, определены цель, направления и метода исследования, научная новизна, практическая значимость, сфорыулированн основные положения, выносимые на запрту.

В первой главе на основе обобщения "«формации по вопросам прочности клеевых соединений, методов их проектирования и испытаний проведен анализ материалов исследований в этой области науки и техники, что позволило, используя системный подход к рассматриваемой проблеме, сформулировать цель и основные задачи работы.

Рассмотрены вопросы классификации соединений и дан анализ их напряженного состояния. Проведена классификация управляхирк. воздей-стшй, способсгвукга?к повышению прочностных показателей клеевых

единений, особое место уделено влиянию конструктивных параметров упруго-геометрических факторов, проведен анализ существующих ана-гических и численных методов расчета клеевых соединений различио-типа, экспериментальны;« методов определения НДС соединений, дана ассифшсация методов прочностных испытаний клеевых соединений как образцах, так и в изделиях отрасли, методов определения энергии согезионных,связей. Раселсгреда основные этапы развития методов эектирования клеевых соединений.

Большой вклад в теорию и практику повышения прочности клеевых' гдинекий . внесли Дя.Ёикерман, ф.Блейк, К.Вуба, М.Голанд, Р. Гольд- ; гйн, Л.Грейман, Г.Грамс, Н.Даягевский, Н.Де Брут, Б.Бнтов, Г.Иоси-ич, Д.Кардашов,. Д.Кейбл, Ч Кейгл, С.йайлонас, 5,Плантема, Л.При- , 1 :ин, А ¿Рабинович, В.Раяцнас, Е.Рейсснер, А.Сажин, М.Семин, И.Ско-[, Г.Страхов, Р.Турусов, А.Ферхл, О.Фолькерсен, К.Фрей, А.Фрейдин, ' дрт-Смит, Р.Хеддок, В.Царахов, 3.Шнуров и др.

Применительно к изделиям отрасли с учётом специйики используе-. материалов и условий эксплуатации вопросы прочности клеевых сое- • ений бшш рассмотрены в трудах многих ученых, среди которых необ-рмо шделить работн В.Раяцкаса и большой группы . его учеников, | лексеева, Н.Барамбойма, В.Возкика, Ю.Гвоздева, Б.Граммера, П.Зла-ой, А.Картера, И.Каминска, В.Ковачич, А.Иорозовой, Н.Ореховика, пасовой, А.Ткаченко, О.фаркеевой, АЛесуновой, А.Шварца и др. аботе предложена классификационная схема воздействий,управляющих цессом повышения прочности, где основными грушами;деления являя рецептурные, технологические, конструктивные и упруго-геометри-кие. •.■■.•.•■•■'■•

Отмечается фундаментальная значимость рецептурного фактора показателей прочности, однако в ряде обзорных работ констатирует-отсутствие крупных открытий в области адгезии и принципиально но-

вше материалов для адгезнвов за последнее десятилетие. Рост прочности и эксплуатационной долговечности клеевых соединений обеспечивался за счет тщательности отработки рецептуры, выявления и использования имеющихся резервов в области технологии, а также путем совершенствования конструвдии клеевого соединения в соответствии с принятой схемой нагружения к оптимизацией его упруго-геометрических параметров.

При рассмотрении множества технологических воздействий предлагается разделить их по группам в соответствии с дифференциацией процесса синтеза клеевого соеданения «а подпроцессы подготовки поверхностей склеивания, приведения клеевой пленки в агрегатное состояние и формирования клеевого шва, при атом каздый подпроцесс дополняется полным набором систеыообразущих элементов. Модели выхода подпроцессов формируются на основа частных критериев по воздействиям, а модель выхода процесса - интегральным критерием щючности соеданения.

Исследование влияния технологических воздействий на процесс повышения прочности соединений отражено во многих литературных источниках. Отмечается ряд прогрессивных технологических реиедай, пред' ложенных учеными Каунасского политехнического института, ЩШИКПа, ШИЛПа и др., обеспеодвамций ускоренный процесс поэтапной реализации целевой функции. Исследование влияния вариаций конструктивных' параметров клеевого соединения на процесс его синтеза является одним из определяющих при решении вопроса обеспечения заданных прочностных показателей соединения при работе в эксплуатационных режимах. Клеевое соединение из материалов,используемых для изделий отрашш, . в силу своей специфики не способно выдерживать высокие напряжения . даже локального характера. Вследствие этого основной задачей при выборе конструктивного воздействия является обеспечение .возможно более равномерного поля напряжения в слое адгезива,для этого в соответствии

с действующей схемой нагрузсения, находится наиболее рациональный тип клеевого соединения; затем в выбранную типовую конструкции вносят дополнительные конструктивные изменения, создающие условия для более равномерного распределения напряжений,или производится усиление тех участков соединения,, где не удалось снизить пики, напряжений до приемлемого уровня.

В работе представлены классифицированные ряды типовых клеевых соединений с описанием полей напряжений, возникашрсс в элементах конструкции при нагрукении. ' •

На напряяёшо-деформированноё состояние клеевого соединения в существенной мере влияют упруго-геометрические параметра:. Проблема поиска их оптимальных значений осложняется тем, что для ряда типовых схем клеевых соединений, используемых в изделиях отрасли, не найдены соответствующее функционалы, поэтому исследователя;,! приходилось в основном использовать эмпирический подход.

Анализируя основные этапы развития теории напряженно-деформированного состоящш клеевых соединений и отмечая их постепенное ус-ло;шение и уточнение,необходимо заметить, что в основном объектами исследования бнли нахлесточные и стыковые клеевые соединения. Их математические модели отличаются глубиной проработки, достаточно заметить, что в уравнения вводились диссипативные и релаксационные функ- . ции, учитывалась неоднорость клеевого слоя, задачи решались в нелинейной постановке. Однако, несмотря на многочислсшость работ по исследованию коу-лесточиых соезгсеш!*:, ряд вазгшс для изделий отрасли аспектов не наши долгшого отра\тегош - §то вопросы поиска оптимальной йорш нахлестки, распределения напрягший по тол^ше элементов и др.

Анализ методов расчета угловых соединение, наиболее часто используемых в изделиях отрасли, показал, что. проблема расчета остает-

к -----.

ся пока незавершенной, и, учитывая насущную потребность практики i надежных методах проектирования клеевых соединений обута, нундаетс в дальнейшей разработке. ' „ .

В обуви й других изделиях отрасли клеедае соединения посте янно подвергаются многочисленным изгибныы деформациям, которые, con ровоздаются появлением опасных напряжений в клеевом шве. Поштки р шешя этой задачи в линейной постановке не дали полояительного рез тата. Учитывая практическую важность задачи определения ЩС низа о ви (в т.ч. клеевого слояJI при изгибе, возникла необходимость её ра смотрения в данной работё. '

Раэтте теории прочности клеевнх соединений позволило пол чить ряд полезных для практики закономерностей. Однако все расчёт независимо от того, на каком уровне они создавались, ограничена рядом': вводимых .предположений, вследствие чего ни один из разработа них методов расчета не дает полной гарантии наденного определения прочностных показателей реальной Конструкции, что шзнвает необход мость в . проведении экспериментальных исследований.

Котя во, многих странах метода испытаний клеевж соединений стандартизованы, поиск новаций-пос-тояшю .продолглется, что позволя рассматривать, метода испитаний как непрерывно развиващуюся отрасл знаний,:всегда допускающую дальнейшее усовершенствование.

- Разрабатываются специальные иепктания, отвечайте конкретн условиям-эксплуатации соединений, способ'^вуисцих правильному. вйбор конструктивных параметров.

Пру классификации методов игаштэдшй- клеевнх соедаеив? и анализе разработанной аппаратуры выявлена необходимость расиягрения её га-сз! и приборного оснащения с целья обеспечения-комплексной си те'.к истданк": клвекле соединений на -прочность с учетом специфики ' ^.тпе'дошрованкя изделий отрасли.

риведенный анализ литературных источников показал, что несмотря о, что проблеме синтеза и анализа клеевых соединений посвящены а многих исследователей, ряд важных аспектов, по-видимому из-за ности и объёмности проблемы, не получил должного развития в аментальных работах отечественных и зарубежных учёных, а отдель-яаправления, связанные со спецификой отрасли, оказались не раз-ганными в достаточной степени для использования в инженерной гике. Это касается как методов аналитического и численного рас, так и средств экспериментальной техники и испытательной ап-гурц. Исходя из потребностей практики, проблем обувной и кож-¡терейной промышленности, а также опираясь на фундаментальные «(ладные разработки предшественников, были сформулированы цель зачи исследования.

1редстав'ляется, что решение поставленных задач позволит в оп-гённой мере приблизиться к созданию комплексной системы мето-1роектирования и испытания клеевых соединений, что' в свою оче-откроет возможности для более углубленного инженерного про-зования оптимальных конструкций изделий отрасли, отвечающих ьявляемым требованиям прочности при минимальной материалоёмкос-

Зторая глава посвящена рассмотрению методических аспектов рз-I поставленной проблемы. Определены принципы выделения объекта гдования и проведено обоснование выбора структурно-составляю-зго феноменологической модели.

1спользуя метода абстракций, позволяющие произвести замену зНого объекта упрощенной моделью эквивалентной ему в объеме

мах свойств и характеристик,1 удалось выработать ноше подходи '¡«нип и анализу напржшшо-деформмрованного сосаояквд клее во- •

- и -

го соединения.

В процессе носки изделия отрасли подвергаются различным силовым воздействиям, которые передаются на клеевые соединения, приводя последние в напряженно-деформированное состояние. Направление нагрузки по отношению к площадке склеивания и характер закрепления несущего элемента явились основой для выделения типовых моделей клеевых соединений, представленных в таблице , методически положения рйсчзта которых подлежали разработке.

Как показывают данные отечественных и зарубс:шнх исследов телей,более 90?« всех разрушений силовых конструкций изделий отрас ли приходится на соединения,и вероятность их разрушения на порядо: выше, чем по материалу деталей, что шзцвает потребность в провед юш юс прочностного расчёта.

На основании анализа критериальных параметров прочностног< расчёта в работе показана целесообразность выполнения расчёта на прочность клеевых сое;донекий по напряженному состоянию.

При разработке методических основ построения матеыатичес-кой модели клеевых соединений отмечается специфика задач их расчёта, которая состоит в наличии клеевого слоя, существенно отличающегося по физико-механическим свойствам от основных материалов, и необходогости совместного рассмотрения как его деформаций, таг: и деформаций соедашешх элементов с учётом их реальной фориы, особенностей закрепления, действия различного нагрузочного фактора и т.д.

В большинстве задач краевые условия задаются силовыми параметрами вне зоны клеевого шва, и решение задач в этом случае удо но выполнять в напряжениях. Перемещение точек соеданения зависит от функций влияния местных нормальных и касательных напряжений клеевого ива, функций влияния сосредоточенных сил, что записываете:

Примеры использования типовых клеевых соединений в изделиях отрасли

- Г6 -

в виде системы уравнений связи между силовыми факторами и перемещениями.

Условие совместности перемещений и уравнения связи позволяют получить систему интегральных уравнений, и тогда расчёт напряжений в зоне клеевого шва, размеров этой зоны и кинематического перемещения элементов соединения сводится к решению этой системы уравне ний с учётом уравнений равновесия и краевых, условий.

При использовании в расчёте нелинейной модели клеевого слоя уравнение связи можно линеаризировать, применяя метод переменной по датливости клеевого слоя. Последнее позволяет применить матричную систему для решения физически нелинейной задачи расчёта клеевого со динения. Идея и. способ реализации метода аналогичен расчёту по мето ду переменных параметров упругое™, предложенный И.Еиргером для ре-шениа задач теории пластичности.

В конструкциях изделий отрасли, в первую очередь в обуви, клеевые соединения подвергаются в процессе носки больше.! изшбным д< формациям. При этом сильно изменяется их первоначальная форма и перемещения становятся соизмеримыми с длиноГ, са1,их соединений. Возни кает существенно нелинейная зависимость больших перемещений от внешних сил, хотя деформации остаются малыми и материал работает упруго Представленные в работе прикладные,методы исследования клеевых соединений при больших перемещениях базируются на точной теории плоско-го.изгиба, разработанной Е.Поповым, ', ^ ■

При расчете составных клеевых соединений решалась обрат1!ая за дача - по известной геометрии упругой лиши определялся характер, иагружоиш и его. значения. Учитквая, что имеется закономерность в построении возко::зшх фор.: равновесия упругой линии низа обуви в зав симоста от схем нагругеиия, многовариантная задача сводится к огран чеиноку числу' типових' моделей. После установления схемы нагрузения

еевое соединение рассчитывается как составная модель разнородной ругости.

Как конкурентный аналитическому способрасчёта клеевых соединив в работе выступает численный метод - метод конечных элементов, торнй предопределяет замену действительной континуальной системы вокупностыо дискретных -элементов. Тип элемента, его форма и раз-р, от которых зависит точность достигаемого результата, определясь конкретная! схемами рассчитываемого клеевого соединения.

Представленные методические положения создают достаточно фун-.юнтальное основание для развития теоретических положений расчёта зевых соединений изделий отрасли и проектирования на их базе оп-лальных конструкций.

В третьей главе проведено исследование клеевых соединений, ра-гающих на отслаивание и Т-расслаивание.

В предшествующих исследованиях клеевых соединений этой группы эдился ряд допущений, не приемлемых при расчёте соединений, ис-иьзуемнх в изделиях легкой промышленности. Так, в частности, счи-пось, что длина клеевых соединений и сдвиговая хесткость бесконеч-, основание рассматривалось только в Винклеровской постановке, о не позволяло определить составляйте тензора напряжений,.не дос-гочно анализировалось влияние управляющих параметров на целевую якцшэ. Приведетше в работе исследования выполнялись без введения леченных допущений.

Математическая модель клеевого соединения, работающего на Ь-от-аивание, (таблица ,схема 2) была сведена к дифференциальному уравняю четвертого порядка с.постоянными коэффициентами

э и приведенные коэффициенты деформаций сдвига и изгиба, я решения уравнения применялся метод начальных параметров с исполь-

зованием нормальных фундаментальных функций. Область возможных решений ограничивалась введенным критерием, который был найден путем модификации кр'дтерхч Голанда-Рейсснера применительно к рассматриваемой модели ~ 0,425^.

Знаковые неопределенности граничных условий разрешались путём нахождения сигнатур на торцах моделей клеевых соединений интегрированием уравнения (I) при О, с последующей прогонкой решений при , изменяющейся от нуля до заданного значения.

Интенсивность сопротивления клеевого шва удалось привести к выражений удобно;,{у для инженерных расчетов

Уг Шс]+ ас,[У<(г)~ У, (г)Х0]}(аг- а,Ь)'\ где а = + % и. +

У»,,.., " нормальные фундаментальные функции при а = Е.

Найдено также выражение интенсивности сопротивления для упрощенной сгераневой модели клеевого соединения конечной длины с бесконечной сдвиговой кесткостыо. Сравнение зависимостей относительной погрешности максимальной интенсивности сопротивления от длины клеевого соединения показывает, что при малых длинах соединения характеристики моделей бесконечной длины и конечной длины расходятся от характеристики,построенной на основании расчёта по уравнению (I) , которая хорошо согласуется с экспериментальными данными. Установлены пределы применимости упрощенных выражений, когда результаты вычислений не превышают заданный уровень погрешностей.

Построена система управления и определено влияние управляющих параметров на НДС клёевого соединения. Математическая модель. . соединения рассматривается как система, входными изменяемыми пара-, метрами которой являются упругие свойства материалов элементов конструкции, геометрические и силовые факторы, а выходными -НДС соеди-

ения с показателями: коэффициент концентрации интенсивности сопро-ивления к^, напряжения и деформации.

Диапазон значений управляющих паранбтров определялся геометри-•I элементов и характсрютиками реальннх материалов, используемых в теевнх соединениях изделий отрасли.

Вычислительные процедуры, реализованные на ЭШ, дали результа-i, показывающие, что для достижения цели управления необходимо прира-!гшя входных параметров h4,hi, Икл и е< реализовать по контуру поло-цельной обратной связи, а изменения Е^ - по контуру отрицательной ¡ратной связи. Для управляющей переменной £2 , ввиду её экстремаль-то характера, знак контура будет зависеть от того, с какой .стороны уцествляегся приближение к оптимальному значению переменной. Про-' сс управления коэффициентом концентрации ¡С^ путем изменения вход-х параметров представлен на рис.1.

Переменные Дь,,^, и /?г существенно не влияют на показатели проч-сти, и их значения mojcho выбирать по нижестоящи;,! в иерархии крите-т, высокий уровень релевантности присущь переметши eit ht и £г ,

о в оптимизационной форте тот о записать как

min kn = sup in £ bqXhJh, ¿г, £*a ).

у ' e/f; £г^

, Интегральная оценка влияния входных параметров на изменение це-

вой функции мозет характеризоваться коэффициентом управления kv,

I mat ■ '

эеделяекыы кале отношение ka » вычисленным при значениях входных

, min

раметров, максимизирующих эту переменную, к значению х^ , опреде-зному при ишимизируторк величинах входных параметров, В рассматрт-змом диапазоне 15,Z, что показывает возможность многократного шьшешш коэффициента концентрации при полном управлении входными эеменнши.

В работе представлено исследование НДС клеевого соединения, ра-?акцего на L-отслаивание, методом конечных элементов. Использова-

-АКо,

И'

¿Л "ч"

Ч "

"С

М5

нг -гы'п

1.

ко >/*,]

Рис. I . Процесс управления коэффициентом концентрации Кд, изменением входных; параметров:

управление положительной обратной связью приращением параметров л £., , Л , Л . д Л2 , л ; .отрицательной обратной связью посредством л£*д и связью, по экстремуму посредством л Нг .

ие Ж!7 позволило повысить уровень информативности, в частности, юлучи'х-о данныз о тензоре на'\ряз;ещй и деформаций по всем узловым •очкам, рассмотреть в увеличенном масштабе зоны критических напря-сений, построить эпюры распределения напряжений и дефорлаций для >сновных сечений клеевого соедине!шя. Результаты исследования клее-шх соеданетй 5.КЭ использовались как дан проверочного расчета даалитических методов, так и самостоятельном инфоргдационнши блока-ai, раскрывшм:(ими физику процессов, протекающих в подвергающихся ;ефюрхациям конструкциях соединений, Получение -которвд другими спо-юбаш весьма проблематично.

Экспериментальная проверка результатов, полученных аналитичес-ж и численным методами, реализованная на поляризационно-оптических становках, показала приеылеынй уровень согласованности (пр; 10 -ZK погрешности) расчетных методов с опытными данными.

Проводилось также исследование клеевого соединения, работаю-его на L-отслаивание, модифицированного типа, в котором закреп-зние осуществлялась по торцу подлолски, а нагрузка прикладывалась верхнему элементу с противопол^^ой стороны (таблица , схема 4).

Найдены аналитические выт» иния для определения интенсивности эпротивления, проаналиЕ^рог-аГ характер их распределения, построен сформированный коуг .,. ¿оединем и изолинии напряжений. Картина де-эрлаций и распределение нормальных напряжений, полученных Ж3,пред-гавлены на рис.2 .

. Б клеевом соединении при действии противопологно направлению!; мшшеарных векторов сил, -'риложенных по торцам адгереьгов и обра-гипрх прямой угол с Плоскостью склеУиШ, возникает напряденное сос-шние, переходящее в Т-расслаивание элементов ( таблица , схема 3).

Найдены аналитические выражения для «асчета интенсивное™ соп-•тивления, определены ЩЭ составляющие тезоров напряжений и де^ор-

Уровни напряжений ^Мсс/О"

I -0,31

2 0.12

3 0,56

4,.. 1,00

5 1,44

6 1,87

7 '2,31

8 2,75

9 3,18

м го

. Картина деформаций в нормальных напряжений Ъу в клеевом соединении, работавшем на

Ь - оголяявание при защемленном торце подложки: а - доходный и деформированный контура соединения, б - втора напряжений б^ , в - изоклины напряжений С^ по плоскости соединения.

наций, экспериментальная проверка производилась поляризационно-оп-тнческим методом. На рис. 3,4 представлены.графики распределения интенсивности сопротивления. ' |

Результата.! исследований являются созданные инженерные мето- ' дики расчета напряленно-дефор^ационного состояния рассмотренных типов клеевых соединений, позволяющие выполнить комплекс прочностных расчетов и оценить степень деформированности контуров соединений ■ по критерию сохранения эстетического восприятия силуэтных линий. Методики сведены в пакет прикладных программ с разделами аналити--ческих и конечно-элементных расчетов. .

Четвертая глава посвящена исследовании напряженного состояния клеевых соединений, подвергающихся большим изгибным депортациям в системе низа обуви при ходьбе.

Основной пр;гшной выхода из строя обуви клеевого метода крепления при нормальных условиях ее носки являются полуциклические напряжения, возникайте на каддом шагу при изгибе пучков часта обуви, которые вседсткие накопления повреждений приводят к усталостному разрушению клеевого соединения.

Рассматриваемая проблема в течение ;;лителы1ого времени привлекала к себе внимание многих исследователей, но все известные теоретические разработки базировались на линейной теории изгиба эле-мзнтов, что спраге, ,ливо лишь для малых углов, в то время как в систем о низа обуви угол изгиба упругой линии изменяется до 60°, что на полтора порядка в'-чте допускаемого при лпноГпго:"; постановке.

При подъема стопи на носок изгибу подвергается только пучковая часть низа, геленочная и пяточная "о части остаются практически недеформированньтми. Это даэт возможность изгибней деформацией пяточ-но-гелзиого участка низа з дальнейшем пренебречь, считая и его абсо-.

о

} £'Вмн Л&о»' т*о4-гмЬф Т и* т *>ъп<?)

- -тло -гмр МФ'ТЛГт

Рис. 3. Графики распределения интенсивности сопротивления по дайне клеевого соедпненвя при Т - расслаивания

лА т

. ад %}

Рис. * . График зависимости интенсивности сопротивления от длины <

единения; характеристика I рассчитана с учетом коэффициент

сдвига, кривая 2 оря / « 'б

лютно жестким.

Границей иенду деформированном и жестким участками низа является линия переднего торца и металличесноЬо супинатора. По мере подъема пяточной части сзатый мезду стопой и опорой косочно-пучковой.учас- : ток низа уменьшается, при этом граничная линия защемления смещается в сторону носка. Вследствие этого расчетная схема представляется разнородной консольно-стеряневой моделью о аестким и деформируемым участкаш. и с заделкой, смещаемой по мере увеличения подъема.

Математическое описание поведения системы низа обуви при изгибе проведено на базе нелинейной теории больших перемещений при плоском изгибе упругих систем. . '

'Для решения задачи был установлен исходный угол наклона силы к первоначальной оси модели низа и определен характер перемещения силы в процессе изгиба.

Представлено уравнение, связывающее длину дуги упругой, линии таза с действующей силой, изгибной жесткостью и углом поворота через эллиптические интегралы Лея>аядра первого рода»

Определены также уравнения, связнваюп^е внутренний изгибающий «змент в произвольной точке модели с переменной, и уравнения вертикального смецедая. В последнем случае для решения используются зллип-рические интегралы Лезг^андра второго рода.

Полученные аналитичэсюсл методом характеристики сил в зависи-юсти от изменения угла их наклона и, изгиба упругой линии были под-)ергнуты экспериментальной проверке на специально разработанном стенде. Проведенные испытания различных систем низа обуви показали прмем-геыую С в пределах 12$) сходамость расчётных значений силовых характеристик при . углах приложения нагрузки о1= 40°, 60° и 90° с экспери-юнтальныии результатами.

Затем по найденным аналитическим путём -силок.и. и момент« м ха-

рактеристикаы проводился расчёт разнородной составной модели системы низа обуви.

Разнородная составная модель с помощью формул приведения бш заменена моделью однородной упругости (рис.5 ) , для которой были рассчитаны характеристики нормальных и касательных напряжений.'

Используя обратные формулы приведения,параметры тензора напр ■Кения были приведены к реальным деталях! и материалам низа обуЕи.

Показано такяе влияние основных входных переменных {высоты п дошвы и модуля упругости используемого для неё материала)на величи ну напряжений.

Представленная методика расчета нормальных и касательных нал ряжений позволяет не только получить количественное описание•напря яённо-деформированного состояния системы низа обуви во всех стадия изгиба и произвести расчёт система низа обуви по напряжённому сост нии, но и может служить исходной базой для расчёта на усталостную прочность и надёжность; возможно такие её использование для прочно ного расчёта любого структурного элемента низа обуви, например, дл. определения яалряаекий- при пониженных температурах на поверхности подошвы, не вызывающих растрескивание последней.

В пятой главе рассмотрены вопросы развития расчётных методов клеевых соедкнешй пахло сточного типа и проведён сопоставительный анализ прочностных характеристик клеевых соединений при различных углах прила.таш1Я внешней нагру ;ки.

Хотя мзтод! расчёта нахлёсточннх клеевых соединений являются наиболее разработанными, вопросы оптимизации £ормы, обеспечивающей равпонапря:?.ёниое состояние, оказались не проработанными в должной мере. Отсутствие оптишзадаотиас методов расчёта сни:::ает такие ва-ные показатели, как эффективность и масса клеевого соединения.

В нахлёсго'чнои соединении с элементом верха, овита ой. прпмоуга

i1

и.о.

10

г,

эдл- л 1 -1

к"

^иивонв

Стелька-

« .ъ -

А -

Затяжная кромка Еростокг" Клеевой шов

Подошва

Нормальные напряжения приведенные реальные

Касательные напряжения приведенные реальнее ^

5. Сечение системы низа обуви в разнородной и однородной формах. Эпюры нормальных и касательных напряжений^...Ву- модула упругости стельки, затяжной кромки, простилки, клеевого швг подошвы

в

кои форш нормальное напряжение изменяется по закону гиперболического синуса, от нуля в начале нахлёстки, до максимума на её конце. Неравномерное напряжённое состояние прямоугольной нахлёстки приводит к тому, что потенциал прочности её материала остаётся не использован, кроме как в конечном сечении.

В работе рассматривается возможность получения равномерного напряжения в верхнем: элементе соединения путём изменения его поперечных размеров при сохранении постоянной исходной толпршы материалов.

Определена математическая модель изменения ширины нахлёстки, обеспечиващая услоще б"г = (эР а СОП&£} • 6(£) = Ше)ехр ^Ю-^Ш^е'г + ^сгвии^],

где к - безразмерный коэффициент, выбираемый в пределах 0,1 - 0,2.

Для проверки соединения по критерию прочности клеевого шва предложено соотношение

' ¿л/. ±

Установлена область .допустимых значений входных параметров модели, которые сведены к трем переменным: £, && и .

Для оценки влияния переменных на площадь нахлёстки в качестве исходного показателя выбран коэффициент эффективности площади. Степень влияния каядой переменной отражена соответствующими характеристикам, показнваю^ш.щ высокий уровень ихрелевантности, что в интегральной форме виракается в более чем экономии ¡¿атериалов нахлёстки. ,*;"'■ .-.,:.-' " /• '.лЛ : О- -'' ".

.' Проведенная экспериментальная проверка на фотоупругих моделях подтвердила достаточную достоверность аналитического решения.

В результате исследования стало возможным в клеевом соединении изменить форму нахлёстки бе»^ потари ее что, вдоме

^умственной экономии материалов верха и адгезива, сохранения однотонности покрытий, обеспечивает тектоническою оправданность формы слеевого соединения и способствует повышению эстетических качеств гзделия, где использованы такие соединения.

При расчёте нахлёсточннх клеевых соединений,вводимое обычно для гёсгких металлических деталей допущение о равномерности распределе-гая нормальных и касательных напряжений по толщине деталей^оказывайся неприемлемым для деталей из ко.яи и её заменителей.

На основании энергетических представлений деформации другого ■ела, используя вариационные принципы, определены зависимости нор-¡алышх и касательных напряжений

т=Щшзвьт-кеу^сЬгке^ А = сЬке) , С£А +

к= ( + Вг к)^ /(£,£г ЬКЛ).

Проведён анализ.представленных функций и построены пространст-¡ентп.ге огпоры напряжений 6], .

При аналитическом решении задачи было использовано общепринятое ,опупение о малости моментной нагрузки, создаваемой силами, прило-:енннш к элементам соединений.

.При решении задачи методом конечных элементов необходимо, чтобы •леевое соединение находилось в устойчивом равновесно!.! состоянии, ;ак жёсткое тело, и,вследствие этого,ко«ентиая нагрузка должна бить 'равновепена. Неподипность конструкции обсспечиэаотся за счёт гра-1ичного закрепления.

3 работе рассматривалось несколько вариантов закрепления; .

наибольшую степень приближения расчётной схемы к реально^ту объекту дал вариант, где, используя симметричность конструкции, граничные связи налояеш на серединный слой адгезива", при этом ка-зддя узловая точка этого слоя установлена на шарнирно-подвтную опору, что обеспечило компенсации моментной нагрузки. Центральная точка симметрии закреплена на шарнирно- неподвижной опоре.

Количество треугольных элементов, генерированных на рабочем поле выделенного участка соединения, равнялось 832, а количество узлов - 459.

Для установления характера распределения напряжений по толщине элемента бнли построены эпюры нормального доминирующего напряжения <5jt и касательного рассчитанные МКЭ (рис.6).

Изменение характера норлальных напряжений объясняется наличием нагрузочного момента и введением закрепления, препятствующего повороту соединения, как жёсткого тела, Вваду того, что в аналитической модели не введено моментное нагрухение, эпюры напряжений (э* в правой части верхнего элемента не совпадают с эпюрами о , гак как изгибающий момент, действующий в модели ШЭ, растягивает верхние слои,и это вызывает в верхних слоях большее напрдхениз, чей в слоях, контактирующих с адгезивом.

В левой части верхнего элемента, где влияние изгибающего момента ограничено введённым опорами, сравнение эгаор напряжений Т*^, (изображена пунктирной линией) и О* , представлении:, в сечении II-II, показывают их общую тенденцию к снижению напряжений в слоях, удаляющихся от адгезива.

Во всех сечениях I-I,..., У-У ("рис.. б, а) характер эпюр напряжений Zxy, остаётся постоянным: максимум на границе с адгезивом, затем постепенное падение в низерасположенных от адгезива слоях элемента.

i < о

г j о ¿¿io $ z i

Ш

m

eF

as

gt i-J

13

l-l II! - А 1 и IfS Н | rs ■09 V \ И

( г.. 1 Г-

11 о i г о 4 г ? * г о 1 л

— - зшзрн ори первой схеме 'закрепления (МКЭ),

— - эпюры при второй схема погружений (МКЭ), --- эпюры, рассчитанвыо аналитически

d

~ ззолишш

- ПЗОЛЗКЕЯ

t-xy

0,01 0,43 0,85 I 28 I 70

2,97

3,39 0,95

Т^Ж а

Э,00 О 12 Э 24 Э 3S ..... э 48 2 12 Э,59 2,54 Э,71

0.83

■ F

"Т" -

о. 6. Распределение нормальных а касаталшах вапряженяй а нахлесточяои клеевом ооедааенва; а - эпврн напряжений <Эда ТКц ; б - изолинии напряжений я tj-y ; в -картина изотрем; г - график распределения напряжений бх по высоте

Эпюры распределения касательных напряжений ¿-х^по толщине элемента, рассчитанные аналитическим методом, приведены на рис.6, а в соответствующих сечениях характеристиками, нанесёнными пунктирными линиями.

Б результате исследования распределения касательных, напряжений по толщине элементов нахлёсточного соединения, рассчитанных ШЭ, установлено, что форма эпюр Т^ , абсолютные значения напряжений адекватны соответствующим характеристикам, полученным аналитическим путём. Что же касается эшор нормальных напряжений Сх , совпадение аналитических и численных результатов носит ограниченный характер из-за отличля в условиях на1ружения и закрепления моделей. Поэтому при выборе методов расчёта для конкретного соединения необходимо проводить предварительную оценку роли момеятной нагрузки, возможности или невозможности пренебрежения ею. И только тогда можно обоснованно решить, каким методом, аналитическим или численным, доводить исследование нормальных напряжений по толщине элементов соединения.

Экспериментальное исследование распределения напряжений по 'толщине элементов нахлзсточного соединения проводилось методом фотоупругости. Схема нагружения и картины изохром представлены на рис. 6,в, а эпюра распределения нормальных напряжений - на рис.6, г.

Сравнение теоретической характеристики 2 (рис.6,г) с экспериментальной I показывает их приемлемую сходимость.

В работе проведён сравнительный анализ нрочностных характе-. ристик клеевых соединений при различных углах приложения нагрузки..

При проектировании клеевого соединения в составе изделий отрасли одним из важнейших факторов,опредаляицих его прочность,является

-•зз -

принятая схема нагруяения, которая характеризуется как углом, образованным вектором-внешних сил и плоскостью клеевого шва, так и способом закрепления подлог-пот. В зависимости" от угла Л прилозения внешних сил клееные соединения работают на V -отслаивание ( оС = 180 Т- расслаивание, L -отслаивание ( J, = £0°), сдвиг (Л = О ) и др.

Способ закрепления подло.тода влияет на характер распределения, силовых потоков внутри соединения при нагруйении, что в cj-цественной мере сказывается на его прочностных показателях.

Испытания проводились на разрывной машине фирки "МонсантоСЕЙ.), оснащённой специальными держателями образца, что обеспечивало'требуемые условия закрепления и утл приложения нагрузки. За показатель прочности принималась разрывная нагрузка, фиксируемая рдаграимным аппаратом, отнесённая к ширине плоскости склейки (10 мм), т.е. предельная интенсивность сопротивления клеевого соединения.

По результатам испытаний были построены годографы предельных интенсивностей сопротивления клеевых швов для адгезивов НК (рис.7, ■ кривая АЛ), наирита (кривая ВВ) и десмоколла (кривая СС). Представ -ленные характеристики показывают изменение предела интенсивности соп- • ротивления клеевого соединения в зависимости от угла приложения силы. Во всех испытаниях вид разрушения был адгезионшй.

Пигаг.-альное значение предельной интенсивности сопротивления отмечено при угле приложения сил ei. = 180° при отслаивании верхнего элемента от подложки, максимальное значение - при JL = - 180°.'При изменении угла ст JL = 1С0° до J. = -ГС0° предел интенсивности сопротивления возрастает в степенной зависимости, и кривые АА, ВВ и СС принимают вид спиралей. 3 диапазоне углов прило'-ешя сил -ISO0 is cL 4= - SO0 участки характеристик предельных интенсивностей сопротивления АЛ, БВ и СС близки кривым, рассчитанным по формуле Эйлера,

Для создания равнопрочности целесообразно установить эквивалентный угол пршюжекия сил, при котором предельная интенсивность сопротивления клеевого соединения была бы- равна величине аналогичного показателя прочности субстрата. Для этого в соответствии с показателями прочности кож и диапазоном их толщин были рассчитаны пределы интенсивностей сопротивления различных видов кож для верха обуви. Полученные значения пределов интенсивности нанесены на ось абсцисс годографа (рис.7), и в соответствии с их величинами устанавливается положение плоскости склейки относительно направления внешней силы, что обеспечивает равнопрочность соединения.

На основе кривых АА, ВВ и СС предельных значений интенсивностей сопротивления клеевых соединений при различгшх углах приложения сил построена обобщённая характеристика коэффициента концентрации интенсивности сопротивления, которая имеет вид левосторонней логарифмической спирали.

Проведённый сравнительный анализ клеевых соединений, работающих при различных схемах нагрухеякя, позволил установить характер изменения разрушающего усилия б зависимости от угла приложения нагрузки и используемого вида клея.

Представленные характеристики прочностных показателей соединения в зависимости от угла приложения нагрузи! позволяют на стадии проектирования произвести обоснованный в^бор типа соединения, уста-кокт предпосылки для последующей оптимизации его упруго-геометр;:-ческпх пар&тегров. По точкам пересечения концентрических окрухюсгеП, хараптермзулдех прочностные показатели адгерентов, я логари^г.мческ/х спиралей, • устанавливающих зависимость адгезионного разруиения от у г-

Рис. 7 » Годографы предельных интенсивностей сопротивления клеевых соединений: кривые АА, ВВ, СС - для клеев НК, наирита и десмоколла соответственно; 1-1 ... 6-5 - предельные значения интенсивностей сопротивления различных видов кок

ла наклона внешней нагрузки, становится возмогшим определить эквивалентный угол приложения нагрузки, при- котором, обеспечиваются равные значения адгезионной и когезионной (у адгерента) прочностей, что позволяет подучить равнопрочное клеевое соединение.

Управление изменением угла приложения сил к поверхности скле-кзания на стадии проектирования мо:кно рассматривать как один из важнейших факторов, позволяющих повысить прочность клеевых соединений изделий легкой промышленности,

Еестая глава посвящена разработке конструкции клеевых соединений, о б е сп ечи вантах повышение прочности и создание комплекса испытательной аппаратуры.

В изделиях отрасли широко используются клеевые соединения, работайте на Ь -отслаивание, которые, как показали проведённые исследования, отличаются повышенной'степенью концентрации напряжений и, как следствие, незначительной прочностью.

Предлагается за счёт конструктивных изменений сгладить пики напряжений в опасных зонах, перераспределяя их на менее нагруженные участки клеевого шва.

В конструктивных вариантах первой группы приложенная нагрузка раскладывается на две составляющие; при этом составляющая усилия отдира существенно стсзается, а составляющая усилия сдвига, воспринимающаяся более равномерно своей плоскостью склейки, не создаёт повпшенньк пиков напряжений. Приведенные варианты клеевого соединения сохраняют работоспособность при увеличении внешней нагрузки до 2,5 раз по сравнению с конструкциями соеданений, работающими на чистое I. -отслаивание. . •

Во второй группе конструкция подложки состоит из двух вертикальных разноыодульньэс частей с меньшим модулем упругости материала наручней части (вставки). При действии нагрузки от более податлк-

юй вставки часть нагрузки передаётся на соседние более яёсткие :лои основной части низа, которые, включаясь в работу, разгружают. >пасную зону торца. ' ■ .

Оптимизация управляющих параметров ширины вставки и отношение юдулей упругости составляющих материалов, проведенная методом коечных элементов, позволила сместить максимум напряжений с торца зглубь клеевого соединения, енизив^при этом его абсолютную величит 1у более чем на 20%. .. '

Уменьшение пика напряжения в клеевом соединении низа обуви с . зерхом удалось добиться у таким конструктивным решением, как час- • мчное изменение геометрии склеитаетшх поверхностей в зоне, непосредственно примыкающей к области, максимальных напряжений.

Вторым блоком вопросов этой глазы является разработкааппаратурного обеспечения комплексных испытаний на прочность клеевых гоединений различных типов. •

Как показал обзор литературы, многие, важные характеристики 1рочности не могут быть определены ввиду отсутствия соответствующей шпаратуры. Проводимые сравнительные испытания, как правило, ограничиваются испытаниями на Т-расслаивакие, несмотря на то, что этот вид Ьагрунения имеет весьма ограниченное распространение в изделиях отрасли Отсутствие адекватности ме:зду методом испытания и характером доминирующего эксплуатационного.нагрузения изделия не позволяет правильно оценить влияние входных параметров на прочность соединения, надёжность изделия в целом.

Для ликвидации слоившегося в настоящее время ненормального полог.с;-шя с приборным обеспечением разработана и содана гамма устройств, которые,клесте с деПстзуяфс21,позвол?лэт перейти к ком-

плекснш испытаниям на прочность клеевых соединений, используем в изделиях отрасли. ,

Предложен ряд устройств для испытания клеевых соединений н отслаивание, которые позволяют:

- изменять угол приложения нагрузки в диапазоне 0-260° в различ! сериях испытаний;

- обеспечивать постоянство угла приложения нагрузки на всей длз клеевого шва, что повышает точность измерения разрывной нагру:

- непосредственно производить замер разрывной нагрузки клеевого при помощи диаграммного регистратора, что даёт возможность ощ делить критическою длину клеевого шва,для данного типа соедкне

- автоматизировать проведение испытаний и регистрацию результате и представлять их как графически, так и в цифровом виде.

Представлено устройство для склеивания образца и проведения питаний на отслаивание. Устройство представляет собой набор ком тационно связанных блоков, механизмов и приборов, агрегированных один-комплекс, что позволяет осуществлять операции склеивания пр целенаправленно изменяемом много^акторноц воздействии на процесс : оперативно получать результаты разрушения образца. Устройство по ляет варьировать параметрами давления прессования, временем виде; ки образца под давлением, температурой и периодом активации.

Результаты, экспресс-испытаний вычерчиваются графопостроигел< в виде диаграмм, удобных для анализа и являющихся документальным подтверждением результатов проведенных испытаний. 3 работе дан а! . лиз типовых диаграмм зависимостей разрывной нагрузки от длинк кле вого "зва.. . ..

При сборке изделий отраслз; используются такие свойства кяеёз •как липкость и аутогезия, характеристики'которых определяются Iш г.а несовершенных приборам, или, что чаце,. органолсптически. Пред: женннй прибор для'опредрлення аутогезионнкх свойств клея, и, как

ный вид, его липкости, базируется на использовании показателей >гии аутогезионного разрушения клеевого соединения, при этом: емя испытаний не превышает несколько секунд с тем, чтобы в ессе проведения опыта-было соблюдено постоянство технологичес-параметров;

питания проводятся при различных темгл1 агурах нагрева образцов, вратура нагрева верхнего и нижнего образцов может быть неодивой;

гулируются усилия пршсатия образцов друг к другу и сохраняется эянным усилие пригатия в цикле единичного испытания; зловое значение удельной энергии аутогезионного разрушения :тавляется в виде распечатки.

[айдены постоянные и переменные поправки результатов замеров, тциэ предлагаемой конструкции прибора, установлены ограничения ьрактеристикам клеёв (в частности, до силе сцепления) , при тении предельного значения; которой результаты испытаний не бу-декватно отражать аутогезионные свойства. Определены характе-:ки аутогезионного м адгезионного разрушения ряда клеёв в завита от времени сушки и температуры активации, становлению зависимости позволяют выбрать оптимальные парамет-хнологического режима для временного склеивания деталей; полу-е зависимости работы разрушения аутогезионных и адгезионных, й дают возможность определить предельные нагрузки для клеевого начинающего выполнять функцию фиксации сразу асе после вступле-контакт соединяемых деталей.

силу специфики геометрических форм изделий отрасли и дожнги-х видов эксплуатационных нагрузок для значительной части кле-соединений превалирующим будет плоское ( двухосное) напряжен-остоанке.

■ Предлагается конструкция устройства для испытания клеевых соединений на двухосное растяяение, которая призвана восполнить имеющийся в этой области пробел и предоставить исследователю эффективный инструмент, позволяюидей воспроизвести различные варианты плоского, нагрузгения клеевых соединений, встречающихся в практике эксплуатации изделий отрасли. ,

Представленные в работе конструкции устройств являются качественным -дополнением к существующему приборному обеспечению, что даёт возможность перейти от определения единичных характеристик к комплексному исследованию прочностных параметров клеевых соединений, работающих в составе изделий, отрасли.

ЗАКЯШЕНИЕ '

Основные результата работы могут быть, кратко сфорлулированы в ;е Следующих выводов и рекомендаций: . .

Разработанп аналитический и численный метода расчёта напряженно-нормированного состояния основных типов клеевых соединений,ис-юльзуемых. в обуви и изделиях кожевенной галантереи. Построена ¡истема управления оптимизационным процессом выбора конструкгиа-ых параметров соединения. .

Составлены и рассмотрены феноменологические и математические мо-ели клеевых соединений, работающих на Ь-отслаивание и Т-расслаи-ание с учётом сдвиговой кёсткости адгерентов; модифицирован,кри-ерий Голанда-Рейсснера пр.пленительно к рассмотренным типам соеди-ений. Предложен способ определения недостающих граничных условий . ля решения дифференциального уравнения высшего порядка, описнвал-зго равновесное состояние клеевого слоя. Определен полный тензор апряяений и деформаций, представленный картиной распределения по-зй напряжений и деформаций по всем компонентам клеевого Соедине- . ^я; установлено влияние упруго-геометрических характеристик адге-1ва и адгерентов на прочностные показатели клеевого соединения. На базе нелинейной теории больших перемещений разработана методи-I расчета на прочность системы низа обуви, подвергающейся при нос-5 значительным изгибнш деформациям, которая позволяет провести точностной расчёт всех компонентов системы низа обуви, включая единение, по напряженному состоянию и мояет слулить исходной, ба->й для расчёта на усталостную прочность и надё.таость изделия. Представленный метод расчёта нормальны:-: и касательных напряжений 1ёт возмо:.шосгь получить количественное описание напряжённо-дефор-[рованного состояния систем: низа обуви на всех стадиях изгиба, »следить динамику роста напря-лений и деформаций, а так-е перю->в разгрузки и отдыха элементов системы.

3. Разработана методика проектирования нахлёсточного клеевого соединения оптимальной формы при равнонапряжённом состоянии элементов соединения. Выявлены управляющие параметры и определена степень их влияния на коэффициент эффективности площада. При оптимальных значениях управляющее параметров в расчётной форме нах-лёсточной части вдвое сокращается расход материалов адгерентов

и адгезива, слои адгерента испытывают одинаковое напряжение, что создаёт благоприятные условия функционирования покрытий. Спроектированная форма нахлёстки подчиняется законам тектонического равновесия, обеспечивая работу несущей части конструкции соединения, характер распределения напряяений адекватен соотношению масс и оргашзации материала адгерента.

4. Разработана методика аналитического и численного расчёта распределения напряжений по толщине адгерентов в нахлёсточном клеевом соединении. Неравномерность распределения напряжений по слот! материалов адгерентов существенно влияет на картину напряжённо-деформированного состояния соединения, выполненного из эластичных материалов, используемых для изделий отрасли.

Представленная методика позволяет установить место глобального экстремума напряжений, а использование системы управлегош за счёт вариации входными параметра!® обеспечивает возможность снижения пиков напряжений до допустимых значений. Установленные зависимости представляют собой эффективный инструмент расчёта клеевых соо-динений из композитов, где прочностные характеристики связущих ■ слоев существенно нике прочности каркасных нитей, а так:;е позволяют .выбрать рациональную схему композита ддя проектируемого сое-. динеш:я.

5. . . Разработана модель тренда прочностных характеристик клеевых сое' синений, работающих при различных схемах нагрузения, которая поз-

воляет установить характер изменения разрушающего усилия в зависимости от угла приложения нагрузки и используемого вида адгезива.

Представленная модель позволяет на стадии проектирования произвести обоснованный выбор типа соединения, установить предпосылки для последующей оптимизации его упруго-геометрических параметров. Характеристики модели дают возможность определить эквивалентный угол приложения нагрузки, при котором обеспечиваются равные значения показателей адгезионной и когезионной прочности, что позволяет получить равнопрочное клеевое соединенйе.

Разработана системная модель процесса синтеза клеевого соединения с заданными показателями прочности, формируемая с помощью рецептурного фактора, технологических, конструктивных воздействий и юдбора соответствующих упруго-геометрических параметров элементов соединения. Установлены закономерности, отражающие влияние схем шгружения и закрепления элементов соединения, конструктивных вменений, варьирования упругими и геометрическими характеристика-ш адгезива и адгерентов на показатели прочности клеевых соедине-шй. Построена система управления,, реализующая процесс оптимизации зходннх параметров модели.

Создана гамма испытательных устройств с электронной системой зашей сигналов, постулатами с первичных измерительных преобразователи, с цифровой и графической, записью полученных результатов, защищенных авторскими свидетельствами, которые позволяют проводить, сомплексные испытания на прочность клеевых соединений различных ти-юв. Ряд приборов обеспечивает возможность управлять технологичес-мми параметрами: изменять давление и время прессования, температуру и время активации и др. в процессе склеивания и варьировать ус-ювиями нагружения при проведении испытаний. Разработанная испытательная аппаратура используется в учебном процессе и при проведении

научно-исследовательских работ. •

8. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований выработана методология трансформации и механизм перераспределения напряжённо-дефоршрованного состояния элементов клеевого соедшения, что послужило базой для проектирования типо-разнерного ряда конструкций клеевых соединений, защищенных авторскими свидетельствами, в которых достигнуто более равномерное распределение напряжений по всей длине клеевого шва, снижены пики напряжений (до 2,5-3 раз) в опасных сечениях. Представленные конструкции клеевых соеданений вписываются в область допустимых параметров, определенную многокритериальными ограничениями, отраяаю-нрши особенности изделий отрасли»

9. Представленные в работе аналитические, численные и экспериментальные методы расчёта и проектирования клеевых соединений сведены к инженерным методикам, включающим комплекс программ по анализу

к расчёту напряженно-деформированного состояния, обеспечивающим наглядное представление картин распределения всех кошонентов тен-• зоров напряжений и деформаций и их трансформации при изменении . • входных параметров модели.

10. Проведенные исследования позволили выработать рекомендации по расчёту, проектированию и испытаниям клеевых соединений из эластичных материалов, а такке по оценке их прочностных и физико-механических характеристик.

Разработанные в диссертации методы расчета, результаты расчётного анализа использованы на ряде предприятий в виде методических рекомендаций при проектировании, а также в виде комплексов программ по расчёту напряженно-деформированного состояния и прочности хлеевнх соеданений. Экономический аффект от внедрения результатов работе составляет 2830 руб на;1000 пар обуви, что позволило получить общий экономический аффект в 14.865,5 тыс. руб.

ОСНОНШЕ РАБОТЫ ПО ТЕЛЕ ДЮСЕРГАЦНН Александров С.П. Напряженно-;,еФоржрованное состояние клеевого соединения//Изв. вузов. Машиностроение'.-1586.3.-б. 16-20. Александров С4П. Исследование нахлесточного клеевого соединения из эластичных материалов,^ Изв. вузов. .Технология легкой Промышленности.- 1988.-Я 2.-С.52-55.

Александров С.П. Методн расчета клеевых соединений/? Изв. вузов., Технология легкой промышленности.- 1988.-;;? 6.-0.54-58. Александров С.П. Влияние управляющих параметров на НДС клеевого соединения^ Изв.вузов. Технология легкой промышленности.- 1989. -!? 3.-С. 16-20.

Александров С.П. Нахлесточное клеевое соединение с верхним элементом равного сопротивления^ Изв.вузов. Технология легкой промышленности.- 1990.-55 2.-С.64-69.

Александров С.П. Исследование напряжений в клеевой системе низа обуви при изгибе, сообщение Изв.вузов. Технология легкой промышленности.-IS9I.-P 2.-С. 51-56.

Александров С.П. Исследование напряжений в клеевой системе низа обуви при изгибе, сообщение 2^ Изв. вузов. Технология легкой промышленности.- 1991.-¡Р 3.-С.66-70.

Alexandrov S.P. Design the optimum constructions of cemented joints for shoes//Congre s s of the leather industry. 09-12.10.1990. . Budapest.- Proceedings.- Vol.11.- Part В.- P.440-446.

Александров С.П. Предельная интенсивность сопротивления клеевых соедаений при различных схемах нагру::еп;1я//КСП.- 1988.2.-С. 61-64.

, Александров С.П. Распределение интенсивности сопротивления клеевого ива в обуви//¡.1е;.твуэовск1!:'! сборник научных трудов: Соверсенст-

вование технологии швейного и козкевенно- обувного производств. -М.:ЭЗМИ.-Г986.-С.19-27.

11. Александров C.ÎI. Напряженно-деформированное состояние клеевых соединений эластичных материалов,//Межвузовский сборшк научны} трудов: Вопросы прочности и механики маши, процессов и иэдел! 'текстильной и легкой промышленности. М.:ВЗЛ1.-вкп.1- 1987. -C.5I-57.

12. Александров С.П. Устройства для снятия диаграммы разрушения kj вых соединений эластичных материалов/^Межвузовский сборник нау них трудов: Вопросы прочности, надежности и механики машин? пр цессов и изделий текстильной и легкой про!яшшенности.М.:МйП. -вып.2- I988.-C.166-178

13. Александров С.П. Исследование Т-расслаивания. клеевого соединен эластичных элементов//Межвузовский сборшк научных трудов: Bon росы прочности, надеяности и механики машин, процессов и издел текстильной и легкой промышленности.-Î.Î.: РЗИТЛП.-выл.3.-ISS2.

14. Александров С.П. Системный подход и проблема прочности клеевых соединений^ Межвузовский сборник научных трудов: Совершенство» ние. технологии кози, цеха и изделий из когш. -LI. : РЗИТЛГТ. - ISÎ2.

Х5. Alexanârov S.P. , Purshina O.V. The complete set. of instruments for defining strength characteristics of cemented joints// Congress of the leather industry. 09-12.10.1990. Budapest.-Proceedings.- Vol.11.- Part A.- P.272-277.

16. Александров С.П., Клийдан Л.А. Исследование напряжений в клеек соединениях при расслаиванииЦКСП.- 1983,-Р ЗтС.38-39.

17. Иосилсвич Г.Б., Александров С.П. Обские .классы упрощенных стерл вмя моделей деталей машин/' Сб.научно-методических статей по део

. яка иашнк.-М.s Еысыая школа.- 1983.-.№ 5.-С.ЗЗ-55.

IG. Александров С.П., Паршина D.B., Ев'ецрв. П.С.Универсальный прибс

для снятия диаграммы "усилие отрнва-остаточная длина клеевого шва'7/KOI.- 1990.-11? 10.-С. 65-69. ). Александров С.П., Швецов П.С. Прибор для определения аутоге-

аионшх свойств клея//КОП.- 1990.4.-C.4I-44. I. Александров С.П., Паршина О.В. Определение аутогезионных характеристик обувных клеев с учетом констант прибора//КСП.- 1991.

2.-C.9-I2.

. Александров С.П., Голов В.А., Паршина О.В. "Устройство для измерения величин давления по следу деталей низа обуви при приклеивании подошв в прессе" а. с, СССР 1553042, 1988 г. . Александров С.П., Паршина О.В. "Подопта обуви" А. с.СССР 1674784 1989 г.

. Александров С.П., Голов В.А., Паршина О.В., Сухарев И.П. "Способ определения оптимальной внутренней формы обуви", а.с.СССР !!? 1472828, 1987г. ■ ■• -Александров С.П., Зурабян K.M., Иосилевич Г.Б. "Подошва обуви", а.с,СССР № 1266512, 1985г. , /

.Александров С.П., Зурабян K.M., Иосилевич Г.Б., Клийман Л.А., "Подошва для обуви", а.с. СССР ЯМ227159, 1984г. , Александров С.П., Зурабян К.Ы., Иосилевич Г.Б./ Клийман., Демин C.B. "Подошва обуви" а. с. СССР Р 1244074, 1983г. , Александров С.П., Зурабян k.M., Иосилевич Г.Б, "Подошва обуви",

а.с. СССР 1546064, 19ЭТг. " , Александров С.П., Сухарев И.П. "Устройство для испытания соединений на отслаивание", а.с. СССР Р 1323523, 1986г. Александров С.П., Сухарев И.П. "Устройство для определения прочности сцепления покрытия с подложкой", а.с. СССР ff I43947I, 1987г.

, Александров С.П., Погосян Г.А. , Сухарев И^П. "Устройство для

определения прочности сцепления покрытия с подложной при стачай вании" а. с. СССР № Г499Г94, 1987г. '

31. Александров С.П., Сухарев И.П. "Устройство для определения проч ности сцепления покрытия с подложкой при отслаивании", а.с. ССС Р I5I6903, 1988г.

32. Сухарев Й.П., Александров С.П., Опацкий В.П., Карпенченков C.B. "Устройство для испытания эластичных материалов на двухосное растяаение", а.с. СССР W- 1627893, IS38r.

33.' Александров С.П., Паршина О.В. "Способ определения формы низа обуви", положительное решение по заявке ЦЗ 4591480/31 от 30.03.G

34. Александров С.П., Паршина О.В., Погосян Г.А. "Низ обуви клеево-

. го метода крепления", положительное решение по заявке 13 4747I8I /12 от 20.07.89

35. Александров С.П., Паршина О.В., Швецов П.С. "Устройство для определения аутогезии клея", положительное решение по заявке

№ 4747077/28 от 20.07.89