МОДЕЛЮВАННЯ АДГЕЗІЙНО-ПРЕСОВОГО З’ЄДНАННЯ ПОРОЖНИСТИХ СКЛОПЛАСТИКОВИХ НАСОСНИХ ШТАНГ

Анотація

Порожнисті насосні штанги з полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) володіють високою втом-ною міцністю, але потребують удосконалення і забезпечення міцності з’єднання композитного тіла зі сталевим ніпелем. Проєктування таких з’єднань ускладнено тим, що тіло з ПКМ має ортотропні характеристики пружності та міцності та низьку міжшарову міцність. Морфологічний аналіз показав, що перспективним напрямком удосконалення таких з’єднань є об’єднання адгезійно-клинового, пресового і різьбового способів з’єднання в одній конструкції. Це дозволяє підвищити міцність, покращити технологічність, запобігти проникненню середовища в зону контакту. Кільцевий отвір сталевого ніпеля із гвинтовою нарізкою заповнюють клеєм і загвинчують в нього гладкий стержень з утворенням посадки з натягом. Полімеризо-ваний клей утворює систему клинів, що забезпечують додаткову міцність. Розроблено скінченно-елементну осесиметричну модель такого з’єднання з моделюванням контакту, пластичності матеріалу ніпеля та ортотропії матеріалу тіла. Виконується два кроки симуляції. На першому виконується симуляція натягу і полімеризації клинів. На другому кроці з’єднання поступово навантажується зусиллям розтягу, що імітується осьовим переміщенням торця тіла. Момент руйнування з’єднання визначається за максимальним значенням напруження в тілі ніпеля. Моделювання підтвердило ефективність запропонованої конструкції. Розглянутий варіант витримує напруження розтягу до 709 МПа, а еквівалентні напруження в тілі, після утворення натягу, близькі до 500 МПа. Параметрична модель і макрос для неї можуть бути використані для дослідження і оптимізації параметрів такого з’єднання для різних типів ПКМ (склопластик, вуглепла-стик тощо). Збільшення натягу і довжини зони контакту не вирішує проблеми концентрації напружень. Необхідна оптимізація інших геометричних параметрів. Перспективними можуть бути такі рішення, як створення додаткової гвинтової нарізки на протилежній контактній поверхні, додаткове обтискання штампами, спеціальна обробка поверхні, застосування змінного вздовж осі діаметра отвору, кроку та інших параметрів гвинтової нарізки.