ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нагруженность гидроцилиндров из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Имевшие место случаи нарушения герметичности гидроцилиндров ГЦ-20Н на ранней стадии эксплуатации Ил-86 свидетельствовали о с.педую-щем. Наработка агрегатов, с учетом предполагаемого режима работы, почти на два порядка была меньше той, что заложена в расчет с учетом существующих запасов по расчетам на долговечность (табл. 14.3). Необходимо было проанализировать причины несоответствия предполагаемой и реализованной в эксплуатации, наработки агрегатов. Для этого было осуществлено тензометрирование гидроцилиндров в полете стендовые испытания агрегатов до нарушения их герметичности с одновременным АЭ контролем фрактографический анализ всех имевших место случаев нарушения герметичности гидроцилиндров в эксплуатации и на стенде с оценкой длительности роста трещин и уровня эквивалентного напряжения. [c.754] В наружной стенке цилиндра 2 интервал формирования усталостных бороздок определяется глубиной трещины всего 0,5 мм, а далее имеет место смещанный бороздчато-ямочный рельеф, отвечающий быстрому, нестабильному росту трещины. Изменение шага усталостных бороздок характеризуется интервалом (4,2-16) 10 мм, что типично для распространения усталостной трещины в области малоцикловой усталости. [c.757] Выполненные расчеты числа усталостных бороздок показали, что в гидроцилиндрах 1 и 2 при развитии трещины в стенке у отверстия диаметром 60 мм было сформировано около 30000 и 31000 штук соответственно, а в наружной стенке гидроцилиндра 2 их число составило около 1000 штук. Аналогичная длительность роста трещины была получена в гидроцилиндрах 3 и 4 — около 30000 штук. [c.757] Незначительное отличие длительности развития трещин в гидроцилиндрах с разных самолетов, а также равномерное нарастание шага усталостных бороздок но длине трещин в этих агрегатах позволяют заключить, что эксплуатационное нагружение агрегатов является регулярным в процессе их функционирования в эксплуатации. Поэтому их разрушения на ранней стадии эксплуатации не могут быть связаны с дефектным состоянием материала, хотя в некоторых из них имели место дефекты материала в очагах разрушения. На это указывает и наработка агрегатов например, в случае 4 она в несколько раз меньше, чем случае разрушения 3, когда в материале отсутствовали дефекты и коррозия. [c.757] Согласно изложенному выше анализу особенностей нагружения элементов конструкций систем управления, в частности гидроцилиндров, формирование усталостных бороздок обусловлено нормальным функционированием систем управления и не связано с вибронагруженностью агрегатов. Следовательно, формирование усталостных бороздок должно коррелировать с режимами напуска гидрожидкости во внутреннюю полость гидроцилиндра и с числом выпусков тормозных щитков. [c.757] Оценка периода роста усталостной трещины с учетом предполагаемого нагружения гидроцилиндров свидетельствует о том, что даже на этапе роста трещины при формировании усталостных бороздок на длине более 1 мм от очага разрушения количество полетов (четыре нагружения в цик.яе ЗВЗ формируют четыре усталостные бороздки) составляет для рассматриваемых гидроцилиндров соответственно 7500 и 8000. Это более чем в 5 раз превышает количество полетных циклов нагружения, которые гидроцилиндры испытали в процессе эксплуатации из условия их нормального функционирования. Применительно к гидроцилиндру 4 указанное расхождение превышает 20 раз. Помимо того, следует иметь в виду, что длительность распространения трещины на начальном этапе до формирования усталостных бороздок не оценивалась. Не было проведено оценки наличия инкубационного периода до зарождения усталостной трещины, а также факта зарождения трещины сначала от одного отверстия к другому. С учетом этого становится очевидным, что предполагаемая частота нагружения гидроцилиндров ниже реально реализуемой и может отличаться от нее на один-два порядка. [c.757] Для проверки высказанной гипотезы были проведены натурные стендовые испытания гидро-цилиндров, имитирующие их нагружение внутренним давлением в эксплуатации [2]. Давление подавалось через штуцер уборка по пульсирующему циклу. При наработке 167000 циклов была обнаружена течь гидрожидкости в месте наклейки тензо-датчиков. Она соответствовала зоне зарождения трещин в эксплуатации в бездефектных гидроцилиндрах. После разборки гидроцилиндра и снятия тензодатчиков была обнаружена сквозная усталостная трещина между полостью уборки и полостью выпуска, а также между полостью уборки и наружной поверхностью. Разрушение внешне было аналогично разрушению гидроцилиндра 1. Следует подчеркнуть, что при наработке 130000 циклов характер зависимостей напряжений от времени, измеряемых тензодатчиком, изменился — напряжения стали возрастать. Это связано с неоднократно наблюдавшимся эффектом на образцах, в которых одновременно с таким поведением сигналов от тензодатчиков фиксировалось появление и распространение усталостной трещины. Поэтому предварительно была дана оценка длительности распространения усталостной трещины по показаниям тензодатчиков около 37000 циклов. [c.758] В процессе стендовых испытаний осуществлялось слежение за накоплением уста,лостных повреждений в гидроцилиндре с помощью сигналов АЭ по методике [2]. Регистрировалась суммарная АЭ (Л Аэ) и ее активность — количество превышений сигналами АЭ установленного порога ограничения за выбранный временной интервал 5 мин. [c.758] Сигналы АЭ в полной мере отражают последовательность процессов зарождения и распространения усталостной трещины. Первый перегиб на акустограмме связан с началом магистрального развития усталостной трещины, что хорошо согласуется с результатами фрактографического анализа. Несколько опережающий подъем уровня сигналов АЭ объясняется возникновением множества очагов около распространенного на поверхности дефекта материала. Только некоторые из них получили дальнейшее развитие. Следует указать на некоторое изменение в характере накопления сигналов АЭ уже в процессе распространения трещины, что отражается временным снижением возрастания шага усталостных бороздок. Эта ситуация отражает особенности проведения испытаний --в указанный временной период имело место снижение уровня внутреннего давления, которое в последующем было восстановлено. Это было связано с течью в патрубке, который был после временной остановки испытаний заменен, и далее поддерживался постоянный уровень внутреннего давления вплоть до течи самого гидроцилиндра. Это отражается в закономерном увеличении шага усталостных бороздок в направлении роста трещины, а также в закономерном возрастании сигналов АЭ. [c.759] в результате выполненных стендовых испытаний показано, что несмотря на некоторое отличие в направлении первоначального роста трещины в связи с наличием в материале дефектов, общие закономерности роста трещины, длительность ее распространения были близки к тем, что были выявлены в разрушившихся в эксплуатации гидроцилиндрах. Это позволило предположить, что по уровню напряженности гидроцилиндры в эксплуатации близки к испытанному на стенде гидроцилиндру. [c.759] В связи с этим был выполнен расчет уровня эквивалентного напряжения в гидроцилиндрах по результатам фрактографического анализа эксплуатационных разрушений. Расчеты были выполнены применительно к птдроцилиндру 1. [c.759] В рассматриваемом сл П1ае соотношение между малой осью и большое полуосью трещины, при достижении глубины а = 1 мм, составило около 0,2, что дает основание по.тагать поправочную функцию Ф,= 1. Примените,пьно к меньшей длине трещины расчет с позиций механики длинных трещин некорректен. С другой стороны, применительно к последующему росту трещины применение такой корректировки на форму трещины также неправомерно, поскольку соотношение полуосей возрастает, однако корректной оценки размера самих полуосей по морфологии рельефа излома сделать не представляется возможным из-за однородного нагружения и соответствующего ему однородного нарастания шероховатости рельефа излома. [c.759] Шаг усталостных бороздок имел упорядоченное изменение и сохранял свою величину на некотором интервале длины трещины. Поэтому для оценки уровня напряжения была использована средняя величина шага. Его пол5 али усреднением зависимости шага усталостных бороздок от длины трещины и для этой средней величины рассматривали длину трещины. Среднее значение длины для минимальной величины шага получено около а = 1,3 мм. Подставляя ее в соотношение (14.3) получаем уровень эквивалентного напряжения около 156 МПа. [c.760] Предположим, что первоначальное подрастание трещины на границе фронта дефекта металла (я = 1 мм) происходило с меньшим шагом бороздок. Тогда величина КИН, используемая в расчете, составляет на этой фанице величину около 9 МПа Уровень эквивалентного напряжения, в этом случае, для глубины трещины около одного миллиметра составит 184 МПа. [c.760] Представленные результаты фрактографиче-ской оценки длительности роста усталостных трещин в гидроцилиндрах на стенде и в эксплуатации, уровня эквивалентного напряжения в эксплуатации и напряженности гидроцилиндров в летном эксперименте в условиях их нормального функционирования свидетельствуют о следующем. Развитие усталостных трещин в условиях эксплуатации происходило в расчетном режиме их нагружения по уровню эквивалентного напряжения и длительности роста трещин. Однако это совершенно не соответствовало реализованной длительности эксплуатации гидроцилиндров на момент их отказов из условия 4-кратного выпуска-уборки тормозных щитков за полет. [c.760] Вернуться к основной статье