Расчетно-экспериментальное исследование методов обеспечения эксплуатационной живучести конструкций летательных аппаратов

• Автор: Нестеренко, Борис Григорьевич
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 152 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Г лава 1 «Расчетно-экспериментальное исследование
скорости роста усталостных трещин в новых материалах при регулярных и нерегулярных нагрузках»
1.1 Постановка задачи исследования
1.2. Закономерности развития усталостных трещин
1.3 Исследование роста трещин при регулярных нагрузках
1.4 Исследование роста трещин при нерегулярных нагрузках
2. Глава 2 «Разработка метода расчета остаточной прочности
подкрепленных конструкций с использованием Л-кривых материала»
2.1 Постановка задачи исследования
2.2 Энергетические принципы линейной механики разрушения, применяемые
для расчета остаточной прочности
2.3 Методика проведения эксперимента для получения Я-кривых
2.4 Применение Я-кривой для расчета остаточной прочности
2.5 Определение точности и применимости разработанного метода расчета
3. Глава 3 «Экспериментальное исследование критериев остаточной
прочности конструкций с многоочаговыми трещинами»
3.1 Постановка задачи исследования
3.2 Образцы для испытаний и методика эксперимента
3.3 Результаты эксперимента и их анализ
4. Глава 4 «Экспериментальное исследование деградации характеристик
скорости роста трещин в обшивке крыла и фюзеляжа
4.1 Постановка задачи исследования
4.2 Материалы, образцы, программа экспериментов
4.3 Результаты экспериментов и их анализ
Выводы
ВВЕДЕНИЕ
Одной из наиболее важных проблем авиации в современных условиях является проблема одновременного обеспечения больших ресурсов, безопасной эксплуатации и экономической эффективности конструкции пассажирских самолетов. Решение этой сложной комплексной проблемы осуществляется за счет обеспечения эксплуатационной живучести конструкций летательных аппаратов. Обеспечение эксплуатационной живучести является основным требованием обеспечения ресурса по условиям усталостной прочности в Нормах прочности России (АП-25), США (РА11-25), Европы(7А11-25).
Под эксплуатационной живучестью понимается свойство конструкции сохранять безопасность при наличии усталостных, коррозионных или случайных повреждений.
Для обеспечения эксплуатационной живучести конструкция должна удовлетворять следующим основным требованиям:
должны быть известны зоны силовых элементов, в которых могут происходить повреждения в период эксплуатации; все зоны возможных повреждений должны быть контролепригодными, т.е. осматриваемыми визуально или с применением неразрушающих методов контроля (ультразвук, рентген и др.) •
остаточная прочность конструкции с допустимыми трещинами должна быть не ниже минимальной нормируемой величины; скорость развития усталостных трещин не должна превышать определенных заданных ограничений, которые обеспечивают надежное обнаружение трещин при периодических осмотрах; периодичность осмотров и разрешающая способность средств дефектоскопии должны обеспечивать надежное обнаружение допустимых повреждений .
■ Эксплуатационная живучесть включает в себя два принципа: безопасность разрушения (fail-safe) и допустимость повреждения (damage tolerance). Безопасность разрушения есть свойство конструкции обеспечивать требуемую (нормируемую) остаточную прочность после частичного или полного разрушения основного силового элемента, которое обнаруживается при частых визуальных осмотрах конструкции. Допустимость повреждения - это свойство конструкции обеспечивать требуемую остаточную прочность при наличии повреждения до тех пор, пока такое повреждение не будет обнаружено с помощью неразрушающих методов контроля при сравнительно редких периодических формах контроля. Принцип эксплуатационной живучести обеспечивает повышение надежности летательных аппаратов за счет осмотров конструкции и дает возможность увеличивать их ресурс в 1.5 н-2 раза по сравнению с принципом безопасного ресурса (safe life), который не допускает образование трещин в эксплуатируемых конструкциях. Для обеспечения безопасности эксплуатации по условиям живучести должны быть удовлетворены требования по длительности роста усталостных трещин и по остаточной прочности поврежденной конструкции. На этапе
проектирования летательного аппарата эти требования обеспечиваются за счет применения конструктивных материалов с высокими характеристиками трещиностойкости, за счет конструктивных и технологических решений, за счет выбора соответствующего уровня напряжений. В период эксплуатации летательного аппарата требования к живучести
обеспечивается за счет соответствующего регламента технического обслуживания конструкции и применения средств контроля.
В отечественном самолетостроении вопрос о живучести
конструкций впервые бал поставлен в 40-вые годы в работах ЦАГИ Н.И. Мариным [1]. Он построил кривые усталости сварного узла из стали 30XFCA до образования трещин и до разрушения. Марин отметил, что "постепенность развития появившейся трещины в некоторых случаях
1.4 Исследование роста трещин при нерегулярных нагрузках
Экспериментальное определение длительности роста трещин при нерегулярном нагружении проводилось на таких же по геометрии образцах, что и при регулярном нагружении, и на тех же испытательных гидравлических машинах. Образцы были выполнены так же из сплавов 2324-Т39 и 7055-Т77.
Квазислучайный спектр напряжений
Типизированные квазислучайные спектры напряжений для нижней и верхней поверхности крыла были предоставлены фирмой Боинг. Эти спектры напряжений использовались Боингом для определения ресурса крыла широкофюзеляжных самолетов Боинг 767. Описание этих спектров содержится в работах [28, 29]. Характерные фрагменты этих программ представлены на рисунках 1.12— 1.15. Воздушный этап программ разбит на 8 режимов, наземный этап - на 2 режима. Для каждого из этих десяти режимов их интегральные повторяемости приращений перегрузок преобразованы в пятиступенчатые спектры. Эти приращения перегрузки каждого из режимов распределены по пяти разным по "тяжести" типам полетов: от А до Е. Программный блок нагружения сформирован из 5000 полетов. При формировании программы испытаний авторы пошли на ее значительное сокращение путем исключения нагрузок, соответствующих напряжениям с амплитудами опш <12,8 МПа. Для воздушных нагрузок нижней поверхности крыла отношение максимальных напряжений сгтах к средним напряжениям горизонтального полета <тт (при п У=1) равно (Ттах / ат = 2.1. Для наземных нагрузок нижней поверхности крыла отношение напряжений при стоянке к ат равно <гст/ атах=-0.25. для нижней поверхности крыла величина эквивалентных напряжений среднестатистического (по повреждаемости) полета блока нагрузок