ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прочность несущих элементов авиационных конструкций при малоцикловом нагружении из "Прочность конструкций при малоцикловом нагружении " Спектр силовых воздействий на элементы авпаконструкций в течение полетных циклов включает нагрузки различной частоты и амплитуды, что определяет одновременное протекание процессов мало- и многоцикловой усталости. При анализе полетного комплекса нагрузок (в который входят действующие при движении самолета по земле) обычно выделяют цикл земля—воздух— земля (ЗВЗ), представляющий огибающую всей совокупности (рис. 5.1) полетных нагрузок. Для разных элементов конструкций и полетных условий создаваемое этими циклами циклическое повреждение составляет обычно 30— 70% полного повреждения, а нередко и 80—90%. Значительную, а часто определяющую долю циклического повреждения создает малоцикловое нагружение, реализуемое при изменении в полете подъемной силы крыла и давления в герметических салоне и кабине при выполнении маневров самолета. Частотный анализ условий эксплуатации показывает. [c.103] ЧТО ДЛЯ авиаконструкций характерна комбинация регулярных циклов и случайных нагрузок, причем в целом нагружение элементов авиаконструкций существенно нестационарно. [c.104] Несущие авиаконструкции изготавливаются, как правило, из высокопрочных материалов, имеющих большую удельную прочность,— алюминиевых сплавов с Оь 400 МПа, титановых сплавов с Оь 900 МПа, сталей с Оь 1600 МПа. Кроме того, для авиаконструкций характерно огромное число концентраторов напряжений. Отверстия под болты и заклепки, а их сотни тысяч в конструкции одного транспортного самолета, сварные щвы, вырезы для окон, дверей и люков, переходы толщины и т. п. создают потенциальную опасность усталостного разрушения. Из сказанного следует, что ресурс планера самолетов, по существу, определяется сопротивлением его элементов циклическим нагрузкам и деформациям. [c.104] В настоящее время при оценке долговечности элементов авиационных конструкций применяются методы расчета на усталость по номинальным и локальным напряжениям. При расчете по номинальным напряжениям исходными данными являются кривые усталости типовых элементов. Статистическая обработка результатов стендовых и эксплуатационных испытаний самолетов показывает, что форма кривых усталости различных элементов планера самолета близка к форме кривых усталости полосы с отверстием, которая принята в качестве основного типового элемента. [c.104] При этом для обработки исходной реализации нагрузок наиболее широкое применение получил метод полных циклов [1], который, как показала практика, дает лучшие результаты при определении распределения нагрузок. [c.104] Возможность применения такого подхода к оценке долговечности зоны с большим числом концентраторов была проверена на нескольких примерах, и совпадение расчетных и экспериментальных данных позволяет считать этот подход приемлемым. Для оценки взаимного влияния единичных концентраторов и разработки критериев повреждения зоны конструкции с многими концентраторами необходимы соответствующие исследования. [c.106] Коэффициент 0,5 учитывает различия в эффективных коэффициентах концентрации напряжений для случая изгиба и одноосного растяжения—сжатия. При комбинированном воздействии нагрузок определение (о )ло производится алгебраическим суммированием соответствующих составляющих напряжений от различных сил, причем величины Сем различаются для случаев растяжения— сжатия и сдвига. [c.107] Однако расчет на усталость по номинальным напряжениям для высоконагруженных конструкций оказывается недостаточным для обоснования ресурса и необходимо переходить к расчету по местным напряжениям и деформациям (см. гл. 2—4). [c.107] При расчете авиационных конструкций на малоцикловую прочность должно быть учтено влияние большого количества нагрузок малой амплитуды с определением местных напряжений и деформаций в диапазоне до 10 —10 циклов. В этих условиях применение таких численных методов расчета напряженно-деформированного состояния, как МКЭ, МКР (см. гл. 8), существенно ограничено из-за большого количества зон концентрации и необходимого машинного времени и определенное преимущество имеют инженерные методы расчета коэффициентов концентрации напряжений и деформаций на контуре отверстий или вырезов в соответствии с гл. 2, 4, 7, 11. [c.107] Диаграммой выносливости называется набор кривых усталости, в которых асимметрия полуцикла учитывается с помощью понятия эквивалентной деформации. Диаграммы выносливости гладких образцов получают при стационарном жестком нагружении с учетом изменения деформационных свойств материала [4]. Такие диаграммы нагружения называются полными. Разработаны такнсе формальные методы учета нелинейности суммирования повреждений путем построения так называемых расчетных диаграмм выносливости, которые получаются из результатов испытания при нестационарном нагружении, характерном для условий эксплуатации рассчитываемого элемента [5]. Сравнение полной и расчетных диаграмм выносливости для сплава Д16Т приведено на рис. 5.3. [c.108] Уравнения (5.15) и (5.12) образуют систему относительно сГа и бд, которая решается для каждого полного полуцикла. Выделение полных полуциклов производится с помощью метода дождевого потока [5]. [c.108] Определение производится на основе стандартизованных программ нагружения для рассматриваемого элемента конструкций. [c.109] Для вырезов, расположенных несимметрично, можно отдельно рассчитыать обе стороны, беря вместо ж д, расстояния до оси симметрии выреза от ограничивающего сечение нетто элемента конструкции и края выреза. [c.111] Стремление к повышению точности прогнозирования долговечности и ресурса привело к созданию в СССР и за рубежом стандартизованных программ нагружения, которые воспроизводят не только распределение эксплуатационных нагрузок, но и характер их чередования. При этом в авиастроении осуществляют подсчет долговечности по количеству полетов (полетных циклов) и в качестве ограниченной реализации выбирают полетный блок, количество полетов в котором составляет 10—20% от общего числа полетов, требуемого для данного самолета. Такой выбор полетного блока позволяет в широких пределах исследовать влияние на долговечность уровня напряжений, геометрических особенностей конструкции и технологии изготовления. [c.112] Для исследовательских целей на основе указанной выше программы была разработана программа испытаний на ресурс в условиях эксплуатации транспортного самолета в ней полетный цикл разбивается на пять участков (три для воздушных и два для наземных нагрузок), задаются распределения величин средних напряжений на отдельных участках и наземные нагрузки в виде случайной последовательности (на каждом участке существует масштабирующий множитель для исходного распределения амплитуд). [c.112] Испытания элементов конструкций по стандартизованным программам ведутся с разделением процесса усталости на две стадии до возникновения и после возникновения трещины с автоматизацией регистрации данных о распространении усталостной трещины. [c.113] Следует отметить, что испытания модельных и натурных элементов на усталость по разработанным программам яв.ляются основным средством отработки элементов авиаконструкций. Таким испытаниям должны подвергаться типовые элементы, расчет которых не дает пока достаточно надежных данных о циклической долговечности. Некоторые пространственные элементы требуют натурных испытаний всей конструкции в сборе. [c.113] Вернуться к основной статье