На сьогоднішній день, одним з найбільш перспективних напрямів підвищення ефективності конструкцій в авіабудуванні, автомобільній промисловості та інших високотехнологічних галузях машинобудування вважається застосування композиційних матеріалів. Це обумовлено можливостями суттєвого зменшення маси конструкцій при підвищенні їх ресурсу, міцності і надійності [1]. З іншого боку, широке застосування композиційних матеріалів стримується їх порівняно високою вартістю, складністю механічної обробки та проблемами переробки для подальшого використання.

Важливою задачею, яка повинна бути вирішена при застосуванні нових матеріалів, є забезпечення ефективних методів з’єднання окремих елементів конструкцій, міцності і надійності вузлів, через які передаються навантаження. Основними методами з’єднання композиційних матеріалів між собою, а також з деталями з інших матеріалів, є: 1) з’єднання, утворені за рахунок геометричного замикання (заклепкові, болтові та ін.), 2) з’єднання, що діють за рахунок молекулярної взаємодії (клейові), 3) комбінація цих двох видів з’єднань. Складнощі у створенні з’єднань з матеріалами, армованими волокнами, викликані невідповідністю між механізмом передачі зусилля в з’єднанні і роботою окремих шарів елементів композиції [1].

В даній роботі аналізується з’єднання вуглепластику (аналог ВКУ-25) зі сплавом алюмінію з цинком (7075-Т6), за допомогою заклепок для одностороннього клепання. Таке з’єднання, наприклад, використовується для з’єднання обшивки літака зі стрингером.

Відмова заклепкового з’єднання в авіації в основному обумовлена комбінацією трьох факторів: 1) напруги, що виникають під час виготовлення, 2) теплова втома та 3) вібрація [2]. В даній роботі розглядаються основні параметри технологічного процесу клепання, які впливають перший фактор. Технологічна операція утворення заклепкового з’єднання включає такі переходи: сполучення деталей по пілотним отворам, затискання за допомогою затискачів клеко, розсвердлення отвору до необхідного розміру, встановлення заклепки, клепання, контроль. В межах даної роботи пропонується дослідити вплив ряду параметрів на якість з’єднання, а саме: відстань між заклепками, відстань від заклепки до краю листа, допуск на отвір під заклепку. Для оцінювання якості з’єднання досліджуватиметься: випучування листа, залишкові напруги, зазор між деталями після утворення з’єднання.

Окрім того за літературним пошуком проаналізовані основні причини втрати несучої здатності листа з композиційного матеріалу та теоретичні засоби прогнозування ризику руйнування компоненту.

Дослідження буде проводитись методом скінченних елементів за допомогою CAE-системи. При побудові моделі враховане наступне: тип контакту елементів повинен бути заданий вручну; в поперечному перерізі пластини сітка скінченних елементів має місти 4 або 5 елементів, адже відповідно до дослідження, проведеного в [3], моделювання з меншою кількістю елементів сітки не відповідає результатам лабораторних експериментів, а збільшення кількості елементів сітки (тобто більше 5) не призводить до підвищення точності.

В даній роботі розглянуті переваги і недоліки основних методів з’єднань з матеріалами, армованими волокнами; проаналізовані основні складнощі, які виникають при утворенні таких з’єднань та їх причини. З метою забезпечення ефективності технологічного процесу складання запропоновано провести дослідження впливу ряду технологічних та конструктивних факторів на якість заклепкового з’єднання композитного матеріалу з алюмінієвим сплавом, які на сьогоднішній день широко використовується в авіації, автомобільній промисловості та інших галузях машинобудування.