Старение стеклопластика под статической нагрузкой

[AlexKaz]

Подскажите пожалуйста какую-нибудь литературу, методики, для адекватной оценки порогового уровня НДС для эксплуатации на промежутке времени в 10-20 лет. Может быть зарубежные оценки. И может быть, есть проработанные варианты усиления конструкций в местах креплений с учётом потери свойств на таком отрезке времени?
Проблема возникла в том, что стеклопластиковое изделие (обычная коробка с герметичной крышкой под аппаратуру) через 15 лет после выпуска тупо разрушилось в местах крепления к жёсткому корпусу на грузовом авто. При производстве коробка покрывалась лаком. Эксплуатация была всепогодная, погода обычная РФ-ная - т.е. режим обычный, зимний холод- летняя жара.

 

[5ZF]

Ну так это совсем не статическая нагрузка. Статическая это когда повесили нагрузку, допустим, на рычаг, и она там висит не меняясь. Или машина все эти годы на приколе стояла?

Если же машина ездила, то тогда все разрушилось от продолжительных знакопеременных нагрузок и об этом говорит то, что она разрушилась именно в местах крепления. Там какие-нибудь закладные элементы или хотя бы соответсвующие усиления были сделаны?

Защита от ультрафиолета была сделана? Это самый главный враг таких изделий.

 

[Malish]

Проблема возникла в том, что стеклопластиковое изделие (обычная коробка с герметичной крышкой под аппаратуру) через 15 лет после выпуска тупо разрушилось в местах крепления к жёсткому корпусу на грузовом авто.

А почему Вы решили что эта "коробка" из стеклопластика(композита), а не из какого другого материала?
Вообще-то 15 лет "под открытым небом" для любого "пластика" большой срок "жизни"...

 

[AlexKaz]

Ну так это совсем не статическая нагрузка

Изделие практически не эксплуатировалось, условно 99% времени стоянка на открытом воздухе. Снег-дождь-мороз-летняя жара.

Там какие-нибудь закладные элементы или хотя бы соответсвующие усиления были сделаны?

Практически нет. В годы проектирования изделия подробной экспериментальной работы со старением стеклопластика и изменением мехсвойств на таких промежутках времени не проводилось. Собственно, расчёт и оценка таких усилений и интересен.

А почему Вы решили что эта "коробка" из стеклопластика

Есть технологическая и конструкторская документация.

Защита от ультрафиолета была сделана?

Коробка закреплялась по дну, т.е. то относительно закрытые участки поверхности, куда УФ проникает слабо. По дну всё и развалилось, а открытые стенки и крышка в в приличном состоянии.

Из советской литературы и журналов 70-80-х гг. известно, что стеклопластик теряет прочностные свойства под нагрузкой быстрее, чем под УФ. Грубо говоря, под статической нагрузкой (напряжениями) 50% от критической разрушение наступает через 2-3 года. Проблема в том, что кроме нескольких советских экспериментальных статей я не могу ничего найти. С композитами сталкивался редко, поэтому не очень ориентируюсь.

 

[5ZF]

Если все стояло на месте, то наиболее вероятно, что под постоянной нагрузкой развалилось связующее - эпоксидка или то, что вместо нее использовали (полиэфирная смола?). Тут все от качества примененных материалов сильно зависит. Вряд ли вы что-то найдете в литературе потому, что слишком много переменных может быть - марка и качество смолы, добавление (или отсутствие) пластификаторов. Никто в таком широком диапазоне не сможет провести исследования, это просто никчему. Возможно попадется какая-нибудь статья по конкретному композиту с известным содержимым (марка стекла, толщина ткани, вид смолы и ее конкретные свойства в плане перемены температур и т.д., но вам это ничего не даст.

Если есть конкретные данные по примененной смоле, то может удастся найти ее свойства при разных температурах. К тому же свойства композита сильно зависят от технологии его изготовленя. При применении одних и тех же материалов могут получиться композиты с разными прочностными свойствами (разная температура при полимеризации, наличие или отсутствие выдерживания при повышенной температуре и т.д.

Грубо говоря, под статической нагрузкой (напряжениями) 50% от критической разрушение наступает через 2-3 года. Проблема в том, что кроме нескольких советских экспериментальных статей я не могу ничего найти.

Тогда логично было бы делать дно таким толстым, чтобы нагрузки в нем были бы гораздо меньше этих 50%. Способность композита держать нагрузки можно попробовать поискать в рекомендациях по постройке самодельных самолетов (это просто мысли вслух), например в мануалах по постройке Рутановских "уток". Где-то мне попадалось что-то такое, но теперь не вспомню где. В данном случае я бы копал в сторону свойств связующего, со стеклом там все понятно и данные по нему должны быть.

 

[Танков]

Посмею предположить , что это элементарный осмос в полиэфирном композите . Если даже эпоксид -тоже не намного долговечнее в описанном случае .
" ТОЛЬКО дно разрушилось!!!!!" .
Хотя и пишете , что герметичная ??? 😳 , но суфлирование( дренажные отверстия есть , были ??) же было ........Тогда при перепадах температур в этом ящике регулярно появлялся и стекал конденсат -на дно !! Переходы от "+" к "-" ой температуре . Микротрещины даже в эпоксиде ЭТОГО ооочень НЕлюбят. И таких циклов ...сотни -тысячи .
Это если даже закладных там небыло ( металлических ) . С металлов в стеклопластике -еще хуже долговечность .......

 

[Рябиков]

Посмею предположить , что это элементарный осмос

Это без всяких предположений. В пресной воде стеклопластик живет недолго.
Возможен также вариант применения щелочного стекла для стеклоткани. Если такая стеклоткань хранилась при повышенной влажности, то в ней начались процессы разрушения, которые продолжаются даже после закатки в эпоксидку.

Подскажите пожалуйста какую-нибудь литературу, методики, для адекватной оценки порогового уровня НДС для эксплуатации на промежутке времени в 10-20 лет.

АП-23. Там приводятся необходимые запасы по прочности изделий из композитов.

Но в любом случае термообработка изделия будет хорошей практикой. Греем до температуры на 20 градусов выше предполагаемой в эксплуатации. Обычно считается, что на солнышке, поверхность греется до 60 градусов. Поэтому изделие нагреваем при выклейке до 80 градусов.

 

[Vladimir1950]

Сделайте новую коробку и не углубляйтесь в дебри. Так надежнее и быстрее.

 

[Fa-Fa]

Согласен с Танковым про осмос, хотя странно, что разрушились только места крепления к основанию. Плюс посмотрите температурные расширения в местах крепления к металлическому корпусу- может предусмотреть температурные компенсаторы, скользуны какие-то.

 

[леха (magnum)]

Я тут из какой то стали сварил какую то штуку оставил на улице и она заржевела и сломалась.
Подскажите как считать сталь на прочность...

 

[AlexKaz]

щелочного стекла для стеклоткани

Я тут из какой то стали сварил

Волокнистый, армированный короткими волокнами... Типичные характеристики известны, например в разной литературе что-то в районе sB 150+-50 МПа.

АП-23. Там приводятся необходимые запасы по прочности изделий из композитов.

Есть 2 пункта,
"23.573 Допустимость повреждения и анализ усталости конструкции"
"23.613 Прочностные характеристики материалов и их расчетные значения"
И оба требуют проводить испытания. Снова выжидать 10-20 лет?

Сделайте новую коробку и не углубляйтесь в дебри. Так надежнее и быстрее.

Так и планируется. Вопрос в толщине и площади усиления мест креплений. Да и "коробка" на самом деле весьма большая и дорогостоящая.


В любом случае, спасибо всем за пояснения. Видимо, потребуется запас в 10 или около, т.к. качественные достоверные опытные данные по прочности на таком длительном сроке получить не представляется возможным.

С зарубежной литературой дело обширнее и вопрос временами СССР не закрывается. Например, гуглежом находятся вполне свежие статьи "aging of short fiber composites" и т.п.

 

[леха (magnum)]

Композиты

Скачивайте файлы из папки или сохраняйте к себе в Облако

cloud.mail.ru

 

[леха (magnum)]

Скорее всего конструкция была не верно спроектирована.
Композит очень плохо работает на смятие. И в местах заделки напряжения надо брать по прочности смолы, делать усиления и желательно вклеиваить втулки металлические.
Так же рубленное волокно, в авиации применяется разве что для добавление в клей при склейке. Прочность сильно больше не становится прям.
Потом важна покраска, от солнечного света не защищённый пластик портится в течении 3..5 лет, охрупчивается и трескается.
Если это авто конструкция, то при движении кратковременные перегрузки могут достигать 14ед. И в узлах или точках крепления может разбивать место крепления.
Потом пластификатор какой добавляли?
Чистая смола очень хрупкая, и может рамтрескиваться. Поэтому обычно добавляют 10 процентов дег-1 например в эпоксидку, иногда больше, что бы ьолеетэластичная была, например в рессору или ещё куда.

 

[AlexKaz]

Спасибо! Разберу.
На случай, если кому интересно про упомянутую советскую литературу Папка из Облака Mail.ru
Номера страниц в конце имён файлов.

Потом пластификатор какой добавляли?

Пока даже не могу классифицировать, что-то зарубежное покупное ещё до 1990-х гг...

 

[planetaSchelezjaka]

И оба требуют проводить испытания. Снова выжидать 10-20 лет?

Раньше считали, что за год стеклопластик теряет прочность на 10%.

 

[леха (magnum)]

Раньше считали, что за год стеклопластик теряет прочность на 10%.

Скажите это планеристам, они 400 процентов прочности потеряли уже ))

 

[planetaSchelezjaka]

У вас есть сомнения? 🙁

 

[5ZF]

Раньше считали, что за год стеклопластик теряет прочность на 10%.

Скажите это планеристам, они 400 процентов прочности потеряли уже ))

У вас есть сомнения? 🙁

Да, по поводу этого заявления есть. У меня стеклопластиковый планер 1975 года выпуска. Скажите мне, сколько процентов прочности он уже потерял? 🙂

 

[5ZF]

Волокнистый, армированный короткими волокнами...

Это упрощенная и более дешевая технология, по сравнению с выкладыванием полотнищем, и очень часто при ней используются полиэфирные смолы, а не эпоксидные. Это делается, опять же, чтобы удешевить производство изделия. А полиэфирные смолы это уже совсем другая песня и по прочности и по долговечности.

В данном случае я бы копал в сторону свойств связующего, со стеклом там все понятно и данные по нему должны быть.

 

[Инженер-109]

Лучше 1 раз увидеть, чем 100 раз услышать.... Фото мест разрушений помогли бы понять причину, а фото места установки помогли бы оценить что и как могло воздействовать. А на пальцах разве много обьяснишь?