ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Несущие элементы конструкции ВС и систем их управления из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Таким образом, из представленных данных следует, что распространение усталостных трещин в валиках насосов и в валах воздушных винтов от шлицев реализуется в области многоцикловой усталости. Нагруженность валиков настолько низка, что возникновение в них трещин в эксплуатации возможно только в результате первоначального повреждения материала по тем или иным причинам. Разрушение валов также является следствием нарушений в условиях сопряжения деталей в болтовом соединении, что приводит к возникновению усталостной трещины в болтовом стыке, а далее ее распространение происходит в валу. [c.713] Применительно к стыковочному узлу концевой и хвостовой балок вертолета Ми-8 на начальном этапе эксплуатации наблюдались слз чаи отрыва в полете концевой балки из-за раскрытия стыка, которое приводило к усталостному разрушению болтов ее крепления к хвостовой балке. Для предотвращения раскрытия стыка была проведена конструктивная доработка, по которой болты 08 мм были заменены болтами 010 мм, а болты 010 мм — болтами 012 мм. Дополнительно было введено усиление угольников стыка концевой и хвостовой балок, которые изготавливают из алюминиевого сплава Д16Т. В процессе замены угольников имело место разрушение неусиленного угольника при выполнении вертолетом висения на высоте 5-7 м, в результате чего произошел отрыв концевой балки от хвостовой балки (рис. 13.34). К моменту происшествия вертолет налетал 8176 ч и совершил 12901 посадку. [c.713] Иная ситуация сложилась в процессе эксплуатации вертолета Ми-2. При выполнении учебнотренировочных полетов на одном из вертолетов на вз.дете произошло отделение концевой балки с хвостовым редуктором и рулевым винтом вследствие разрушения шпангоута 1 концевой балки (рис. 13.35). Вертолет столкнулся с землей, разрушился и частично сгорел. [c.715] Наработка вертолета с начала эксплуатации составила 5341 ч (15264 посадки). На вертолете осуществлялась замена хвостового редуктора дважды при наработке 3981 и 4977 ч (14310 посадок). При каждой замене редуктора осуществляется расстыковка хвостовой и концевой балок, что сопровождается изменением условий стягивания болтами стыкуемых деталей. [c.715] Разрушение шпангоута 1 концевой балки произошло по галтельному переходу радиуса 3 мм опорной полки к стенке у болтов 1-4 и по первому от опорной полки ряду заклепок и винтов у болтов 5 и 10 (см. рис. 13.35). На внутренней стенке шпангоута в зонах установки болтов его крепления имели место вмятины, образующиеся от головок болтов при отворачивании и наворачи-вании гаек, а также имелись аналогичные вмятины и по границе излома (рис. 13.36). Исследование излома показало, что распространение трещин характеризуется формированием мезолиний усталостного разрушения, расстояние между которыми возрастает в направлении роста трещины (рис. 13.37). Анализ закономерностей роста трещины по участкам излома около различных отверстий показал, что имеет место различие в скорости роста трещин. В пределах развития трещин поперек стенки шпангоута различие в длительности роста трещины по отверстиям может иметь место в несколько раз (рис. 13.38) (схема). Наибольшая длительность роста трещины выявлена у отверстий 2-4, что совпадает с расчетом, согласно которому именно на этом участке нагружение шпангоута является наиболее интенсивным. [c.715] Для ответа на вопрос о том, какому виду нагружения балки вертолета соответствует формирование мезолиний усталостного разрушения, были выполнены натурные испытания одной из хвостовых балок на стенде. Ее нагружение было реализовано путем двухосного синфазного нагружения в горизонтальной и вертикальной плоскости (рис. 13.39). Блок нагружения был сформирован таким образом, что имитировались взлетный режим, висение вертолета, маневр и посадка. После приложения около 20000 блоков произошло разрушение нескольких болтов и частичное разрушение шпангоута 1 в наиболее напряженных зонах около болтов 2-4. Разрушение было связано с раскрытием стыка и разрушением некоторых болтов. [c.715] Помимо того, было очевидно, что интенсивность нагружения балки на стенде существенно ниже, чем в эксплуатации. Это определялось тем. [c.717] Повреждение излома могло быть реализовано только в тот момент, когда его часть уже была сформирована. Полагая, что рассматриваемое повреждение было нанесено на излом по крайней мере в последнем ремонте при замене промежуточного редуктора, получаем, что в последнем ремонте трещина уже была. После последнего ремонта вертолет совершил 955 посадок. Следовательно, развитие трещины происходило более длительно, чем в течение 955 посадок. Более того, на начальном этапе роста трещины ее длительность является наибольшей. Поэтому уже на нескольких миллиметрах при среднем расстоянии между мезолиния-ми 8 мкм период роста трещины на глубине 4 мм составляет около 500 полетов. Если теперь учесть, что деформация излома возможна в том случае, когда трещина стала сквозной, то становится очевидным, что полученная оценка 2000 полетов вертолета с развивавшимся каскадом усталостных трещин является достоверной. Использованное расстояние между линиями действительно характеризует продвижение усталостной трещины за один полет вертолета. [c.721] В процессе исследования разрушенного шпангоута была проведена разовая проверка всех стыков промежуточных редукторов с концевой балкой по шпангоуту 1. В результате этого были выявлены трещины в шпангоуте вертолета, имевшем наработку 7531 ч (9635 посадок). Новая концевая балка была установлена на вертолет после его наработки 2075 ч, а в эксплуатации при наработке вертолета 581 ч после последнего ремонта проводилась замена промежуточного редуктора в связи с отработкой им своего ресурса. Наработка концевой балки после этого до момента обнаружения трещин составила 247 ч или при среднем налете на один полет около 0,78 ч составила около 320 полетов. [c.721] По кинетической кривой для магистральной трещины (рис. 13.42а) видно, что после того, как трещина стала сквозной на длине около 4 мм, произошло перераспределение напряжений, и скорость роста трещины упала. Далее произошло новое нарастание скорости, но на длине около 9 мм произошло повторное снижение скорости, после чего существенного прироста скорости не было. После указанного падения скорости и до момента обнаружения трещины оцененная длительность роста трещины составила около 360 полетов. С учетов 10 % точности оценки длительности роста трещины период роста трещины составит около (360 - 36) = 320 полетов. [c.721] По данным эксплуатации между последней установкой промежуточного редуктора до момента обнаружения трещин вертолет налетал около 320 полетов. Из сопоставления оценки длительности роста трещины после падения скорости (уменьшения шага мезолиний) с наработкой вертолета после последней замены редуктора, очевидно, что наблюдаемое второе падение скорости роста трещины произошло из-за изменений в условиях прилегания стыка при замене промежуточного редуктора. Стык стал более жестким, что и привело к падению скорости роста трещины. Это еще одно свидетельство правомерности использования шага мезолиний для характеристики продвижения усталостной трещины за один полет вертолета. [c.721] Было рекомендовано использовать болты в стыке с увеличенной длиной резьбовой части, а также ввести большую толщину шпангоута для увеличения жесткости стыка. Помимо того, было рекомендовано проводить инструментальный контроль стыков в ремонте для выявления в них усталостных трещин. [c.725] Рассмотренные случаи относились к ситуации, когда ресурс по фланцевому стыку сопрягаемых деталей не мог быть реализован полностью из-за конструктивных несовершенств сопряжения. Однако по мере возрастания срока эксплуатации изделия возникновение в стыке усталостных трещин может быть связано с достижением узла предельного состояния в результате исчерпания его долговечности. В этом случае конструктивные изменения могут носить только принципиальный характер, что требует создания нового типа сочленения, а следовательно, связано с проектированием нового типа ВС. В связи с этим возникает задача по обоснованию факта достижения предельного состояния конструкции и введения обоснованной периодичности осмотров стыка для выявления усталостных трещин. Причем необходимо оценить, в какой мере возможно не вводить мероприятия по осмотру стыка на ранних стадиях его эксплуатации, поскольку контроль стыка без рассоединения деталей является малоэффективным и трудоемким. Именно такая ситуация возникла в процессе эксплуатации вертолета Ми-6 в стыковочных шпангоутах хвостовых балок. [c.725] Анализ размеров трещин показал, что помимо того, что они распо.ложены в аналогичных зонах конструкции для разных вертолетов, их изломы идентичны (рис. 13.44), а длина тем больше, чем больше наработка вертолета в эксплуатации табл. 13.7. [c.725] Фитинг крепления стрингера 2 (далее условно В ) к верхнему поясу шпангоута был разрушен по сечению, проходящему через отверстие 0 10 мм. Трещина распространилась в обе стороны симметрично от кромок указанного отверстия. [c.725] Зарождение усталостных трещин происходило от нескольких очагов с внутренней поверхности полки галтели радиусом 3 мм для трещин А1, АЗ и Б1. Их развитие происходило сначала в поперечном направлении до сквозного прорастания в полках, а затем вдоль них. Очаги зарождения трещин А2, Б2 и БЗ были расположены на наружной поверхности стенки профиля на расстоянии 9-12 мм от кромки угла. Трещина БЗ не являлась сквозной и имела глубину около 2,5 мм при толщине стенки 3 мм. [c.725] Требовалось установить возможность эксплуатации вертолетов в пределах существующего межремонтного ресурса с развивающимися усталостными трещинами. Для этого необходимо было иметь информацию о кинетике и длительности роста усталостных трещин по тем экземплярам вертолетов, в которых уже были выявлены усталостные трещины. [c.729] По имевшим место к моменту исследования случаям обнаружения трещин на верхних поясах шпангоута 18 хвостовых балок вертолетов Ми-6 была выполнена вероятностная оценка величины наработки, до которой появление подобных трещин на других вертолетах маловероятно [17]. Начиная с этой наработки, необходимо было вводить контроль стыка по шпангоуту 18 в процессе ремонта для выявления в нем трещин. Оценка нижней границы разброса наработок при достижении предельного состояния стыка по шпангоуту 18 проведена по методике, в которой использованы представления о линейном накоплении усталостных повреждений, логарифмически нормальном законе распределения усталостной долговечности [18], а кинетика развития усталостных трещин рассмотрена как линейная зависимость прироста усталостных трещин за полет по ее длине [19]. В результате было получено, что до наработки 10000 ч вероятность появления указанных трещин не превышает 5 %. [c.729] На основе выполненных оценок длительности роста усталостных трепнш и доверительной нижней границы начала появления трещин в шпангоуте 18 было рекомендовано ввести при капитальном ремонте вертолетов после их наработки 10000 ч инструментальный контроль верхних поясов шпангоутов 18 хвостовых балок. [c.729] Вернуться к основной статье