Эксплуатационная долговечность элементов авиаконструкций из композиционных материалов

• Автор: Лебедев, Игорь Константинович
• Шифр специальности: 05.22.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 220 с. : ил.

1 Особенности применения композиционных материалов в конструкции современных ВС и состояние проблемы по

оценкам их ресурсных характеристик

1.1 Области и особенности применения композиционных материалов в конструкции планера и двигателя

1.1.1 Использование композиционных материалов в конструкции планера

1.1.2 Применение композиционных материалов в существующих

и перспективных газотурбинных двигателях.

1.2 Эксплуатационные повреждения элементов из композиционных материалов и анализ причин

их возникновения.

1.3 Использование композиционных материалов

при восстановительном ремонте элементов авиаконструкций

1.4 Постановка задач исследования.

2 Специфика деформирования, разрушения и особенности долговечности образцов и конструкций из КМ.
2.1 Особенности сопротивления разрушению КМ
2.2 Испытательное оборудование для моделирования эксплуатационных нагрузок
3 Оценка ресурсных характеристик материалов из КМ
при статической и динамической усталости.
3.1 Построение уравнений статической усталости при
простом растяжении от времени испытаний до разрушения .
3.2 Накопление повреждений в материалах, находящихся длительное время в напряженном состоянии. Методика определения
остаточного ресурса
3.3 Сопоставление результатов расчетов с данными экспериментов.
3.4 Выбор режимов эквивалентных ускоренных испытаний
4 Прикладные задачи оценка прочности элементов авиаконструкций из КМ.
4.1 Методика расчета динамической устойчивости оболочек сетчатой структуры из композиционных материалов
4.2 Оптимизация варианта соединения авиационных конструкций из композиционных материалов и методика расчета его НДС
4.3 Экспериментальные исследования усталостных характеристик композиционных материалов при режимах нагружения, эквивалентных эксплуатационным
4.3.1. Результаты испытаний образцов материалов
4.3.2 Результаты испытаний образцов элементов конструкций
5 Высокопрочные металлокомпозитные баллоны высокого давления для систем управления и жизнеобеспечения гражданской авиации
5.1 Разработка сверхлегкого металлокомпозитного баллона высокого давления.
5.2 Результаты проектирования и испытаний металлокомпозитных баллонов высокого давления.
5.3 Проектирование цилиндрической части баллона по
несущей способности разрывной нагрузке армирующего жгута.
5.4. Технология изготовления баллона.
Основные выводы по работе
Библиографический список
ВВЕДЕНИЕ


Внедрение КМ в несущие конструкции гражданских ЛА, к которым предъявляются повышенные требования по обеспечению безопасной эксплуатации, ограничено объективными трудностями, возникающими вследствие существенного отличия структуры и свойств КМ от характеристик традиционных конструкционных материалов. Для создания рациональных авиационных конструкций с использованием КМ необходимо решить ряд важнейших проблем в области их проектирования, расчетов и прогнозирования ресурса, разработать и обосновать новые подходы к
обеспечению прочности и надежности конструкций , , , 3. Опыт эксплуатации элементов авиационных конструкций, частично или полностью изготовленных из КМ, говорит о повышенном разбросе характеристик их прочности и выносливости, что обусловлено нестабильностью свойств исходных компонентов КМ волокон и матриц, отклонениями в ходе технологических процессов формообразования конструктивных элементов и т. КМ перед легкими сплавами и получать желаемый выигрыш в весе при сохранении требуемого уровня надежности. Применение композиционных материалов в существующих и перспективных газотурбинных двигателях. В последующем эти материалы будут также применяться в конструкции ГТД самолетов гражданской авиации. Еще не достигнуты максимальные характеристики у авиационных ГГД. Вперспективных авиационных ГТД, по всей вероятности, будут использоваться компрессоры и турбины из композитов. В течение нескольких лет проводятся исследования, нацеленные на расширение использования новых материалов при проектировании и изготовлении перспективных авиационных ГТД, обладающих высокими техническими характеристиками. Одним из фактов, ставших совершенно очевидным, является то, что поскольку композиты по сравнению с металлическими сплавами имеют совершенно иные свойства, поэтому необходим совершенно новый подход к разработке и изготовлению авиационных ГТД с деталями из композитов,, в которых между конструированием и изготовлением композиционных деталей имеется тесная связь. Новые материалы должны удовлетворять трем противоречащим требованиям они должны иметь прогнозируемое, поведение при высоких уровнях напряжений, должны быть прочными и могли бы эффективно работать при высоких температурах. Эти требования таковы, что возникает необходимость использования высокопрочных, термостойких КМ. Требования к высоконагруженным элементам авиационных двигателей в начале века приведут к использованию в конструкциях турбин, компрессоров, входных и выходных устройств, валов композиционных материалов. В перспективе температура эксплуатации материала турбин ГТД доститет К, температура компрессоров увеличится до К. К. Также УУКМ целесообразно применять в конструкциях выходных устройств, створок и решеток реверса тяги. В конструкциях компрессоров ГТД целесообразно применять на основе термостойких лолиимидных матриц, упрочненных борными или углеродными волокнами. Композиционные материалы на основе керамики находят применение в невращающихся деталях высокотемпературной тяги двигателя камера сгорания, сопловые аппараты и т. Области применения композиционных материалов в конструкции ГТД показаны на рисунке 1. КМ ГТД показаны на рисунке 1. Улучшение характеристик за счет внедрения новых материалов показано на рисунке 1. Защита корпусов от пробиваемости. В конструкции ГТД уделяется большое внимание повышению надежности вращающихся узлов компрессора и турбины. Однако изза различных причин технологические дефекты. Попадание в двигатель посторонних предметов, выход из строя подшипников и т. Особенно опасными являются обрывы вентиляторных лопаток, имеющих большую массу. В связи с этим актуальна для обеспечения безопасности полетов проблема непробиваемости корпусов под действием фрагментов разрушившего ротора. Применение композитов с металлической, керамической и углеродной матрицей значительно возрастает в течение лет. К году по всей видимости приблизительно на по весу реактивные двигатели, обладающие высокими характеристиками, будут изготавливаться из подобных композитов. Рисунок 1. КМ с металлической матрицей.