Оценка характеристик живучести тонкостенных элементов авиаконструкций в условиях эксплуатации по состоянию

• Автор: Трофимов, Алексей Михайлович
• Шифр специальности: 05.22.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

1. Современное состояние проблем оценок характеристик живучести элементов конструкции
1.1. Задачи живучести в связи с современными концепциями проектирования и эксплуатации самолетов ГА

1.2. Анализ основных эксплуатационных повреждений

планера ВС

1.3. Усталостные разрушения силовых элементов планера

1.4. Постановка задач исследования

2.Методика расчетной оценки скорости и длительности развития

трещин при нерегулярном нагружении

2.1 Состояние вопроса в области расчетно-экспериментальных исследований кинетики трещин при нерегулярном нагружении

2.1.1. Развитие усталостных трещин при нагружении с единичной перегрузкой

2.1.2. Развитие усталостных трещин при блок-программном нагружении

2.1.3. Выбор направлений исследования по результатам обзора
2.2. Методика расчетной оценки
2.2.1. Назначение методики и область применения
2.2.2. Исходные данные для расчетов
2.2.3. Оценка длительности развития трещин усталости при циклическом нагружении с единичной перегрузкой
2.3. Алгоритм расчета скорости и длительности развития усталостных трещин
2.3.1. Сущность алгоритма
2.3.2. Расчет длительности развития трещин при блокпрограммном нагружении
2.3.3. Расчет кинетики трещин при нагружении «типовой полет»
2.4. Экспериментальное оборудование и технология проведения
эксперимента
3. Оценка периодичности контроля силовых элементов по условиям обеспечения усталостной долговечности
3.1. Анализ подходов к исследованию надежности по условиям усталостной долговечности силовых элементов
3.2. Оценка надежности силового элемента планера ВС в условиях проведения периодического контроля
3.3. Программная реализация разработанной модели и примеры ее применения для исследования влияния характеристик живучести и условий эксплуатации на надежность силового элемента
3.4. Уточнение коэффициентов запаса с учётом качества
дефектации
4. Рекомендации по практическому использованию результатов исследования
4.1. Общая схема процедуры расчетов характеристик живучести
4.2. Расчет характеристик живучести трещиноопасной зоны фюзеляжа самолета Ту 154 Б с целью обоснования увеличения периодичности контроля и обоснования возможности эксплуатации по состоянию
4.2.1. Анализ условий функционирования элемента
4.2.2. Оценка периода живучести и скорости роста трещин
4.2.3. Расчет надежности и периодичности контроля
Основные выводы по работе
Список использованных источников

^ Одной из главных задач современного этапа развития воздушного
транспорта является повышение безопасности полетов и эффективности использования воздушных судов (ВС) на основе применения прогрессивных концепций конструирования авиатехники и научно обоснованных систем технической эксплуатации.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что надежность ВС существенным образом снижается из-за частичных повреждений планера. К наиболее опасным из них относятся очаги коррозии и трещины усталости, развитие которых в силовых элементах может привести к разрушению кон-

струкции в целом. Особенность усталостных повреждений состоит в отсутствии эффективных и доступных методов предупреждения их возникновения в процессе эксплуатации. Современный уровень диагностирования степени накопленных повреждений в силовой конструкции позволяет идентифицировать состояние лишь по одному признаку-наличию или отсутствию трещины усталости. Поэтому, для эксплуатации силовой конструкции по состоянию необходимо: во-первых, чтобы она (конструкция) некоторое время «держала трещину» (была живучей), а во-вторых, позволяла проводить периодическую
* дефектацию (была контролепригодной). Иначе говоря, характеристики живучести должны быть сбалансированы с выбранной стратегией эксплуатации, а возможность перевода на эксплуатацию по состоянию целиком определяется эксплуатационной живучестью элемента. Введённые в действие 30.12.96г. МАК к разделу АП 25.571 [1]. Методы определения соответствия «Обеспечения безопасности при длительной эксплуатации» (МОС к АП 25.571) допускают использование принципа безопасного ресурса только в том случае, если невозможно обеспечить эксплуатационную живучесть. Под эксплуатационной живучестью понимается обобщённый термин, характеризующий свойст-
• ва конструкции и способ обеспечения её безопасности по условиям прочности и включающий в себя допустимость повреждения и безопасность разрурующей спектр нагрузок «типового полета». На рис. 2.6 представлен график изменения напряжений за типовой полет в обшивке нижней панели крыла самолета Ил-86 в районе его корневой нервюры.
Исходные данные, приведенные на рис. 2.6 были использованы для проведения экспериментальных исследований циклической трещиностой-кости сплава Д16чАТ, применяемого в конструкции нижней панели крыла самолета Ил-86 с целью их сравнения с расчетными, полученными по предлагаемой методике.
Испытания проводились на универсальной электрогидравлической установке MTS с управляющим компьютером PDP 11/05 по программе, разработанной в ОНИЛ-3 МИШ'А [47] .Описание оборудования и технологии проведения испытаний приведены в разделе 2.4. Непосредственно перед началом выполнения экспериментальных исследований нагружение тестировалось с выводом графика нагрузок на двухкоординатный самописец.
На рис. 2.7 приведены расчетные и экспериментальные кривые роста трещин. Графическая интерпретация представленных результатов позволяет сделать следующие заключения:
предлагаемый метод дает удовлетворительную сходимость результатов расчета с данными испытаний при блок-программном нагружении, имитирующем "типовой полет" самолета Ил-86;
для оценки периода живучести при данном виде нагружения может применяться линейная модель (штрих пунктирная линия на рис.2.7), дающая результат, идущий в запас прочности конструкции.
Модель апробировалась применительно к реальной трещиноопасной зоне конструкции крыла. При испытаниях на выносливость в нижних панелях крыла самолета Ту-134А в районе 10...11 нервюр было обнаружено несколько трещин, для которых оказалось возможным проследить за кинетикой их развития. Нагружение в испытаниях производилось по блок-