ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уровень эквивалентных напряжений в лонжеронах вертолетов Ми-4 и Ми из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Максимальный участок излома, соответствующий начальному росту трещины с формированием псевдобороздчатого рельефа, П-участок длиной около 25 мм, отвечал повреждению материала на относительном радиусе лопасти R = 0,085, т. е. около основания лопасти. Во всех остальных сечениях развития трещин размер этого участка был меньше, но связи его размера с относительным радиусом лопасти не установлено. Это объясняется тем, что с расположением сечения развития усталостной трещины на возрастающем расстоянии от основания лопасти происходит возрастание переменных нагрузок при некотором снижении статической нагрузки от растяжения лонжерона при его вращении. Происходит одновременное возрастание амплитуды переменных нагрузок, но при этом происходит снижение асимметрии цикла. Оба указанных фактора влияют на размер П-участка противоположным образом возрастание амплитуды приводит к снижению его размера, а снижение растягивающей нагрузки — к возрастанию его размера. Результатом такого влияния и является неоднозначная связь размера П-участка с расположением вдоль лопасти сечения лонжерона, в котором происходило распространение усталостной трещины. [c.640] Были сопоставлены между собой периоды роста усталостных трещин в различных сечениях по длине лопасти путем измерения расстояний между мезолиниями и шага усталостных бороздок. Далее эти результаты представлены в обобщенном виде применительно к наиболее характерным закономерностям [4]. [c.640] Вне очага разрушения мезолинии имеют отчетливую геометрию, и расстояние между ними закономерно возрастает в направлении роста трещины. [c.640] Начиная с длины трещины около 25 мм вдоль задней стенки лонжерона в изломе начали формироваться усталостные бороздки. При этом процесс формирования мезолиний достаточно отчетливо был виден, что позволило провести на их основе более полную оценку длительности роста усталостной трещины как применительно к П-участку (без бороздок), так и к участку с формированием усталостных бороздок. [c.640] Непосредственно перед зоной быстрого, ускоренного роста трещины мезолинии были сформированы в результате столь значительной интенсивности повреждения материала, что они могли быть хорошо выявлены при небольшом увеличении светового микроскопа. На этом этапе развития усталостного разрушения можно считать, что процесс регулярного чередования эксплуатационных нагрузок характеризовали усталостные макролинии. [c.640] К моменту долома зона распространения усталостной трещины составила около 45 % от общей площади излома. При этом длина трещины вдоль нижней полки от очага разрушения до зоны долома составила около 120 мм, а вдоль задней стенки — почти на всю ее высоту, что составило около 52 мм. [c.640] В направлении развития трещины на максимальную глубину формирование усталостных бороздок было отмечено, как указано выше, начиная с длины около 12 мм (рис. 12.7). Первая измеренная величина шага составила около 7 10 м (0,07 мкм). Указанная величина больше шага бороздок, который характеризует переход ко второй стадии роста трещины для алюминиевых сплавов в соответствии с единой кинетической кривой. Этот факт может быть объяснен влиянием коррозионной среды, что вызывает более существенное протекание процессов скольжения при разрушении материала, и переходом к ротационным модам деформации и разрушения при больших размерах зоны пластической деформации. На этот факт указывают результаты исследования сплава АВТ-1 в 3 % р-ре Na l в воде (см. главу 7). Переход к формированию усталостных бороздок имел место начиная с шага около 10 м, т. е. при еще большей его величине. [c.642] Средняя продолжительность полетов вертолета в эксплуатации составляет около 30 мин, а частота приложения единичных нагрузок определяется частотой вращения винта лопасти 192 об/мин. В связи с этим окончательно получаем, что длительность роста трещины в лонжероне была не менее 49,5 ч или около 100 полетов. Представленная оценка не противоречит анализу макроскопической морфологии рельефа. На отдельных участках излома можно было наблюдать при небольшом увеличении бинокулярного микроскопа нерезкие усталостные линии. Там, где они наблюдались, было проведено сопоставление оценок числа полетов по усталостным бороздкам и по этим макролиниям. Оказалось, что расхождение в сопоставляемых оценках числа полетов не превышает 10 %. [c.642] Таким образом, использование преимущественно усталостных мезолиний, усталостных бороздок и сопоставление получаемых на этой основе оценок длительности роста усталостных трещин показывает, что развитие усталостных трещин в лонжеронах происходит длительное время, что позволяет проводить их контроль в эксплуатации с высокой эффективностью. [c.642] Это особенно наглядно видно из сопоставления периодов роста трещины в сечениях лонжерона на относительных радиусах 0,5 и 0,71. Расчеты на стадии формирования П-участка и усталостных бороздок показали, что длительность роста трещины составляет около 6,45 10 и 3,5 10 единичных циклов или 180 и 70 полетов вертолета для радиусов 0,5 и 0,71 соответственно. Следовательно, с переходом от относительного радиуса 0,085 к 0,71 длительность роста трещины в сечении лонжерона уменьшается почти в 4 раза. Это согласуется с расчетами лонжеронов на прочность. Наибольший уровень напряжений соответствует интервалу длины лопасти на относительных радиусах 0,55-0,7. [c.643] При сопоставлении длительности роста трещины в сечениях, которые принадлежат приблизительно одному и тому же относительному радиусу лопасти, показана ее зависимость от места расположения очага разрушения. Смещение очага разрушения к верхней части полки лонжерона по внутренней поверхности является благоприятным, поскольку соответствует более длительному периоду роста трещины. Этот факт подтверждается сопоставлением общей наработки лонжеронов лопастей в эксплуатации. Большая и меньшая продолжительность роста трещины соответствовали общей наработке 1641 и 417 ч. Период роста трещин отличался почти в 1,5 раза, тогда как общая наработка отличалась в 4 раза. Такое расхождение связано с различной ролью концентраторов напряжений в зарождении трещины, а не только с местом расположения очага разрушения. Меньшая наработка (417 ч) соответствует раковине, образованной в виде плоской площадки почти параллельно плоскости трещины, и раковине сферической формы при большей наработке (1641 ч) в виде зоны оплавленного материала. [c.643] оценки длительности роста усталостных трещин показали, что в процессе эксплуатации ее рост происходит в течение длит JИJH0Г0 времени. [c.643] Однако этой необходимой информации оказалось недостаточно для однозначного суждения об эффективности датчика. Не было известно, при какой длине трещины он может срабатывать в условиях эксплуатации после того, как трещина стала сквозной с учетом изменения условий ее раскрытия в разных сечениях по длине лопасти. Для этого i должна была иметь место хотя бы одна оценка слу- i чая обнаружения усталостной трещины, размеры которой близки к зоне ее начального развития, когда она стала сквозной в пределах не более 10-20 мм. В большинстве исследованных случаев оценка длительности роста трещин производилась только применительно к. этапу ее сквозного разви- тия, когда размеры трещины составляли десятки миллиметров. [c.643] Поэтому были рассмотрены еще три случая, в которых развитие усталостной трещины происходило от дефектов различной глубины, расположенных у угла профиля. Трещины были выявлены датчиком сигнализатором. Причем два случая со- ответствовали обнаружению трещины, когда она стала сквозной, и ее распространение составило всего несколько миллиметров, а один случай соответствовал прорастанию сквозной трещины почти на 10 мм. Ниже наиболее полно изложена информация о закономерности роста трещины в лонжероне в лопасти несущего винта вертолета Ми-8 RA-25617, в котором размер обнаруженной сквозной трещины составил около 10 мм. [c.643] Место расположения очага разрушения и развитие усталостной трещины в лонжероне были подобны нескольким случаям, которые были исследованы ранее и рассмотрены выше. Это еще раз подчеркивало существование подобия закономерностей распространения усталостных трещин в лонжеронах лопастей по различным сечениям лопасти, на что было указано в ранее проведенных исследованиях. Подобие закономерностей распространения усталостных трещин в лонжеронах лопастей свидетельствует о подобии их нагружения в эксплуатации, а следовательно, позволяет проводить сопоставимые количественные оценки параметров усталостного разрушения. Применительно к задаче об оценке эффективности работы датчика-сигнализатора речь идет об оценке периода роста трещины. [c.646] Длительность роста трещины. Первоначальное распространение трещины на этапе ее несквозного роста не сопровождалось какими-либо значительными повреждениями поверхности излома. Это позволило проанализировать с достаточной полнотой не только качественно, но и количественно закономерности распространения трещины, чего в ранее выполнявшихся исследованиях изломов лонжеронов не удавалось сделать из-за повреждения изломов. [c.646] По мере продвижения трещины происходило нарастание скорости ее роста, что выразилось в увеличении шага мезолиний усталостного разрушения (см. рис. 12.9). На границе перехода к этапу развития сквозной трещины на длине около 9 мм их шаг составил около 30 мкм. На этапе распространения сквозной трещины он уже достигает около 0,2 мм. [c.646] Выявленные закономерности формирования рельефа излома позволили провести полную оценку длительности роста усталостной трещины от дефекта материала в виде углубления от сверления лонжерона на глубину 2 мм и до длины ее обнаружения в эксплуатации (рис. 12.10). Развитие несквозной трещины происходило в течение около 700 полетов, а далее имело место развитие сквозной трещины в течение около 150 полетов. Общая наработка лопасти с развивающейся усталостной трещиной составила около 850 полетов. [c.646] Полученный результат согласуется с данными о наработке лопасти в эксплуатации до замены 4-го отсека при наработке 781 ч (около 1560 полетов) и после его замены — 855 ч или около 1700 полетов. В момент замены отсека сверление лонжерона не осуществлялось. Оно было произведено при сверлении отверстий в вершине трещин в обшивках и явилось результатом проникновения сверла в тело лонжерона. Эта операция осуществлялась до замены отсека, о чем свидетельствовало наличие клея в полости отверстия от сверла. Клей плотно прилегал к телу лонжерона и повторял форму самого отверстия. [c.646] Вернуться к основной статье