Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть




Скачать 129.59 Kb.
НазваниеКраткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть
Дата22.03.2013
Размер129.59 Kb.
ТипКраткое содержание
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАКОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПКМ


В.Е. Стрижиус,

ООО «Прогресстех», г. Москва


Состояние вопроса




  1. Экспериментальные методы достижения соответствия требованиям АП 25.571 для элементов из ПКМ как в отечественных, так и в зарубежных самолетостроительных фирмах в настоящее время, в основном, сформированы.

  2. В отечественной авиапромышленности в настоящее время методы расчета на усталость элементов из ПКМ практически не разработаны, расчеты на усталость элементов из ПКМ практически не выполняются.

  3. Известно, что в зарубежных самолетостроительных фирмах расчеты на усталость выполняются практически для всех элементов основной силовой конструкции самолета, изготовленных из ПКМ.



1. Краткое содержание


По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть использованы при инженерных расчетах на усталость типовых элементов авиаконструкций из ПКМ:

  • элементов со свободными отверстиями;

  • элементов с заполненными (ненагруженными) отверстиями;

  • срезных болтовых соединений;


  • стыковых соединений, работающих на отрыв.


Кроме этого, в общем виде представлены основные положения методов расчета на усталость элементов авиаконструкций из ПКМ с типовыми повреждениями:


  • обшивок из ПКМ с моделированием ударных повреждений;

  • элементов со свободными кромками с моделированием расслоения ПКМ.



2. Сравнение характеристик, влияющих на усталость, для металлических элементов и элементов из ПКМ




Для понимания особенностей процесса накопления усталости и образования усталостных повреждений в элементах из ПКМ в табл. 1 проведено сравнение характеристик, влияющих на усталость, для металлических элементов и элементов из ПКМ. Сравнение проведено, в основном, по результатам обзора и анализа данных работ [3, 6].




Таблица 1

Сравнение характеристик, влияющих на усталость металлических элементов

и элементов из ПКМ



Характеристики

Металлические

элементы

Элементы

из ПКМ

Влияние на усталость конструктивных факторов

Значительное, особенно для соединений

Только для специфических деталей

Тип усталостного

повреждения

Усталостные

трещины

Микротрещины и

отслоения

Тип критического

нагружения

Растяжение, нагружение симметричным циклом

Сжатие, нагружение симметричным циклом

Тип нагружения, практически не влияющего на усталость


Сжатие


Растяжение

Влияние на усталость параметров окружающей среды


Незначительное

Влияние температуры и влажности

Влияние на усталость срезных болтовых соединений ослабления осевой затяжки болтов


Незначительное


Значительное

Влияние на усталость срезных болтовых соединений наличия герметика или заполнителя


Незначительное


Значительное


Контролепригодность

повреждений

В основном, достаточно применение общего визуального и детального

осмотров

Необходимо применение специальных неразрушающих методов контроля

Опыт эксплуатации

Очень большой

Достаточно ограниченный


3. Основные положения методов расчета усталостной долговечности элементов со свободными отверстиями, изготовленных из ПКМ


По результатам обзора, анализа и обобщения достаточно значительного объема данных, представленных в работах [2-11], можно сделать следующие выводы:

  1. При расчетах на усталость элементов со свободными отверстиями можно считать справедливой гипотезу линейного суммирования усталостных повреждений (гипотеза Пальмгрена─Майнера):


.


  1. Наиболее представительными испытаниями на усталость образцов со свободными отверстиями являются испытания симметричным циклом растяжения-сжатия (нагружение при R=-1.0).

  2. Усталостная долговечность образцов и конструктивных элементов со свободными отверстиями в диапазоне долговечности 1 - 107 циклов при регулярном нагружении симметричным циклом растяжения-сжатия может быть аппроксимирована уравнением


(1)

или

,


где: – амплитуда нормальных номинальных (в сечении «брутто») напряжений растяжения-сжатия в рассматриваемом элементе.

Предполагается, что кривая усталости (1) должна быть получена по результатам испытаний на усталость небольших образцов со свободными отверстиями, представляющих, в первую очередь, по типу ПКМ и параметрам укладки слоев специфические конструктивные детали (элементы) основной силовой конструкции самолета со свободными отверстиями.

  1. На основании анализа данных, представленных в работах [3-4], можно допустить, что условие равной усталостной долговечности для разных уровней асимметрии цикла определяется известной зависимостью Гербера:


.


Отсюда:


. (2)


Учитывая, что практически для всех элементов авиационных конструкций из ПКМ , можно утверждать, что отношение для подобных элементов будет принимать достаточно малые значения, поэтому для практических инженерных расчетов на усталость можно допустить:


. (3)


  1. Учет влияния на усталость «эксплуатационной» влажности и температуры допустимо выполнять использованием вместо номинальных напряжений приведенных номинальных напряжений , определяемых как


, (4)


где КОС – коэффициент влияния окружающей среды (КОС ≥ 1.0), который, в свою очередь, допускается определять с использованием соотношения:


,

где:

  • – предел прочности образцов при сжатии при «комнатной» температуре;

  • – предел прочности образцов при сжатии при влагонасыщении и температуре, отражающих реальные эксплуатационные условия рассматриваемых конструктивных элементов.

Непосредственный расчет на усталость рассматриваемых элементов предлагается выполнять в следующей последовательности:

  1. Определение параметров кривой усталости (1) по результатам специально проведенного эксперимента.

  2. Формирование спектра усталостных нагрузок на рассматриваемый элемент в типовом полете.

  3. Формирование спектра нормальных номинальных (в сечении «брутто») напряжений растяжения-сжатия в рассматриваемом элементе.

  4. Обработка спектра напряжений методом «полных циклов» или методом «дождевого потока» и представление спектра напряжений в виде последовательности циклов различного уровня.

  5. Приведение каждого единичного i-го цикла, характеризующегося амплитудой a i и средним значением m i, к эквивалентному симметричному циклу с использованием соотношений (2) или (3).

  6. Определение величины Ni с использованием уравнения (1) в виде:


.


  1. Определение относительной усталостной повреждаемости рассматриваемого элемента от нагружения циклами с амплитудой a i :


,


где ni – количество циклов с амплитудой a i .

  1. Определение суммарной усталостной повреждаемости рассматриваемого элемента за типовой полет:


.


  1. Определение усталостной долговечности рассматриваемого элемента:


N=1/D.


4 Основные положения методов расчета усталостной долговечности элементов с заполненными (ненагруженными) отверстиями, обшивок из ПКМ (с моделированием ударных повреждений) и элементов со свободными кромками (с моделированием расслоения ПКМ)


Основные положения методов расчета на усталость рассматриваемых элементов не отличаются от аналогичных положений, описанных выше для расчетов на усталость элементов со свободными отверстиями.

Отличие расчетов на усталость рассматриваемых элементов от расчета на усталость элементов со свободными отверстиями заключается исключительно в использовании специальных уравнений (1), которые должны быть определены для подобных элементов.

5. Основные положения методов расчета усталостной долговечности срезных болтовых соединений



По результатам обзора и анализа данных, представленных в работах [2-11], можно сделать следующие выводы:

  1. При расчетах на усталость срезных болтовых соединений элементов из ПКМ можно считать справедливой гипотезу линейного суммирования усталостных повреждений (гипотеза Пальмгрена─Майнера):


.


  1. Наиболее представительными испытаниями на усталость образцов срезных болтовых соединений элементов из ПКМ являются испытания симметричным циклом растяжения-сжатия (нагружение при R=-1.0).

  2. Усталостная долговечность срезных болтовых соединений элементов из ПКМ в диапазоне долговечности 1 - 107 циклов при регулярном нагружении симметричным циклом растяжения-сжатия может быть аппроксимирована уравнением



(5)

или

,


где: – амплитуда напряжений смятия в наиболее нагруженной крепежной точке срезного болтового соединения.

Предполагается, что кривая усталости (5) должна быть получена по результатам испытаний на усталость небольших образцов, имитирующих реальное болтовое соединение реальных конструктивных элементов из ПКМ.

  1. Условие равной усталостной долговечности для разных уровней асимметрии цикла в инженерных расчетах на усталость допустимо определять соотношением:


. (6)


  1. Учет влияния на усталость срезных болтовых соединений «эксплуатационной» влажности и температуры, а также уменьшения (ослабления) в процессе циклического нагружения осевой затяжки болтов допустимо выполнять коррекцией напряжений смятия и использованием вместо них приведенных напряжений смятия , определяемых как


, (7)

где:

    • КОС – коэффициент влияния окружающей среды (КОС ≥ 1.0, см. раздел 3);

    • КООЗ – коэффициент влияния на усталость срезного болтового соединения уменьшения (ослабления) в процессе циклического нагружения осевой затяжки болтов, должен определяться по результатам специально проведенного эксперимента, КООЗ > 1.

Непосредственный расчет на усталость рассматриваемых элементов предлагается выполнять в следующей последовательности:

  1. Определение параметров кривой усталости (5) по результатам специально проведенного эксперимента.

  2. Формирование спектра усталостных нагрузок на рассматриваемый элемент в типовом полете.

  3. Формирование спектра нормальных номинальных (в сечении «брутто») напряжений растяжения-сжатия в рассматриваемом элементе.

  4. Обработка спектра напряжений методом «полных циклов» или методом «дождевого потока» и представление спектра напряжений в виде последовательности циклов различного уровня.

  1. Определение для каждого единичного i-го цикла напряжений смятия a см i в наиболее нагруженной крепежной точке срезного болтового соединения.

  2. Определение величины Ni с использованием уравнения (5) в виде:


.


  1. Определение относительной усталостной повреждаемости рассматриваемого элемента от нагружения циклами с амплитудой a см i :


,


где ni – количество циклов с амплитудой a см i .

  1. Определение суммарной усталостной повреждаемости рассматриваемого элемента за типовой полет:


.


  1. Определение усталостной долговечности рассматриваемого элемента:


N=1/D.


6. Основные положения методов расчета усталостной долговечности стыковых соединений, работающих на отрыв


К типовым стыковым соединениям элементов из ПКМ, работающим на отрыв, относится, прежде всего, типовое клеевое соединение полки стрингера и обшивки фюзеляжа.

По результатам обзора и анализа данных, представленных в работах [2-11], можно сделать следующие выводы:

  1. При расчетах на усталость стыковых отрывных соединений элементов из ПКМ можно считать справедливой гипотезу линейного суммирования усталостных повреждений (гипотеза Пальмгрена─Майнера):


.

  1. Наиболее представительными испытаниями на усталость образцов стыковых отрывных соединений элементов из ПКМ являются испытания отнулевым циклом отрывной нагрузки Р.

  2. Усталостная долговечность стыковых отрывных соединений элементов из ПКМ в диапазоне долговечности 1 - 107 циклов при регулярном нагружении может быть аппроксимирована уравнением


(8)

или

,


где: – относительная погонная отрывная нагрузка на стыковое соединение.

Предполагается, что кривая усталости (8) должна быть получена по результатам испытаний на усталость небольших образцов, имитирующих реальное стыковое отрывное соединение реальных конструктивных элементов из ПКМ.

  1. Учет влияния на усталость стыковых отрывных соединений «эксплуатационной» влажности и температуры допустимо выполнять коррекцией значений относительной погонной нагрузки и использованием вместо них приведенных значений относительной погонной нагрузки , определяемых как


, (9)


где: КОС – коэффициент влияния окружающей среды (КОС ≥ 1.0, см. раздел 3).

Непосредственный расчет на усталость рассматриваемых элементов предлагается выполнять в следующей последовательности:

  1. Определение параметров кривой усталости (8) по результатам специально проведенного эксперимента.

  2. Формирование спектра усталостных отрывных нагрузок на рассматриваемый элемент в типовом полете.

  3. Формирование спектра приведенных значений относительной погонной нагрузки в рассматриваемом элементе.

  4. Определение величины Ni с использованием уравнения (8) в виде:


.


  1. Определение относительной усталостной повреждаемости рассматриваемого элемента от нагружения циклами с максимальным значением :


,


где ni – количество циклов нагружения с .

  1. Определение суммарной усталостной повреждаемости рассматриваемого элемента за типовой полет:


.


  1. Определение усталостной долговечности рассматриваемого элемента:


N=1/D.

7. Заключение


По результатам обзора, анализа и использования данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть использованы при инженерных расчетах на усталость типовых элементов авиаконструкций из ПКМ.

В табл. 2 представлены уравнения кривых усталости для каждого из рассмотренных элементов.

Таблица 2

Уравнения кривых усталости типовых элементов из ПКМ


№№

п/п


Типовой элемент

Уравнение кривой

усталости

1

Элементы со свободными отверстиями




2

Элементы с заполненными (ненагруженными) отверстиями




3

Обшивки из ПКМ с моделированием ударных повреждений




4

Элементы со свободными кромками с моделированием расслоения ПКМ




5

Срезные болтовые соединения



6

Стыковые соединения, работающие на отрыв





ЛИТЕРАТУРА


1. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. МАК, Москва, 2004.

2. Трунин Ю.П. Усталость и живучесть типовых мест конструкций из полимерных композиционных материалов // Техника воздушного флота. 1999. № 6. С. 26-38.

3. ASM Handbook. Volume 19. Fatigue and Fracture. The Volume was prepared under the direction of the ASM International Handbook Committee. 1996.

4. ASM Handbook. Volume 21. Composites. The Volume was prepared under the direction of the ASM International Handbook Committee. 2001.

5. Composite Aircraft Structure. Advisory Circular No: 20-107A. U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration. http://www1.airweb.faa.gov.

6. Michael Chun-Yung Niu. Composite Airframe Structures. First Edition. Hong Kong Conmilit Press Ltd. 1992. P. 664.

7. Reifsnider K. Durability and Damage Tolerance of Fibrous Composite Systems. Handbook of Composites. Edited by S.T. Peters. Published in 1998 by Chapman & Hall, London.

8. Report DOT/FAA/AR-96/111 – Advanced Certification Methodology for Composite Structures – April 1997.

9. Rouchon J. How, Over the Past 30 Years, “Part 25” Composite Structure Have Been Coping Metal Minded Fatigue and Damage Tolerance Requirements - 24° ICAF symposium, 2007.

10. Whitehead R.S. et al.; Northrop Corporation - Certification Testing Methodology for Composite Structure. Vol I: Data Analysis and Vol II: Methodology Development; Report NADC-87042-60; 1986.

11. Whitehead R.S.; Northrop Corporation – Qualification of Primary Aircraft Structures – 14° ICAF symposium, 1987.






Похожие:

Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconНазвание курса
Обсуждаются вопросы хранения данных, построения многомерных моделей данных, решения задач оперативного и интеллектуального анализа...
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconКраткое содержание проекта Предлагаемый проект может быть реализован в рамках повторения обобщения, систематизации и расширения знаний учащихся 10-11 классов по теме «Карбоновые кислоты»
Сыктывкарский государственный университет, химико-биологический факультет, 230 группа
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconСтатья состоит из пяти разделов
Определены основные виды контрольных мероприятий, которые допускают успешное применение информационных технологий. Сформулированы...
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconМатериалы рубрики «Воспитательная работа» могут быть полезны для проведения заседаний методического объединения классных руководителей, посвященных планированию воспитательной работы и ведению документации, а также анализу воспитательного мероприятия
Ы школы составляются планы работы классного руководителя, которые могут быть различными по форме, но по существу должны отвечать...
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconРазработка мультиагентной системы адаптивного анализа потоков данных в сложных динамических средах
Мультиагентный алгоритм кластеризации потоков данных может быть использован для анализа потоков данных в сложных средах, так как...
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconВозможности применения методов интеллектуального анализа данных в системах обнаружения вторжений
Аннотация: Представлена возможность применения методов интеллектуального анализа данных в системах обнаружения атак
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconДополнительная информация
Диагноз идиопатической или необъяснимой патоозооспермии выставляют на основании данных спермограмм. Изменения характерные для идиопатической...
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconКафедра наук о культуре
Теоретические предпосылки этого курса могут быть кратко сформулированы в виде нескольких утверждений
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconКафедра телевидения и управления
Роль комплексного анализа в управлении предприятием. Содержание финансового и управленческого анализа и последовательность его проведения....
Краткое содержание По результатам обзора, анализа и обобщения данных работ [2-11] сформулированы и представлены основные положения методов, которые могут быть  iconВ. Ю. Баскаков Телесно-ориентированная психотерапия и психотехника: обобщение и сравнительный анализ существующих подходов
Анализ используемых в телесно- ориентированной психотерапии и психотехнике методов показывает, что основные причины, заставлявшие...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница