Усталость авиационных конструкций

УСТАЛОСТЬ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИИ [c.414]

Будучи начальником научного отдела ЦАГИ, проф. Келдыш М.В. руководит разработкой проблемы динамической прочности самолетов, в которую входят вопросы флаттера, вибраций винтомоторных групп, усталости авиационных конструкций, прочности и шимми шасси и ряд других. [c.519]

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]

Здесь же отметим еще раз, что далеко нё всегда допустимо отказываться от линейно-упругого расчета. Так, например, в некоторых авиационных конструкциях нельзя переходить за предел упругости из-за усталости, а в изделиях из стеклопластиков — из-3"а отсутствия пластичности. [c.250]

Как правило, требуемый срок службы летательных аппаратов в авиационной технике значительно выше, чем в космической. В прошлом космические аппараты предназначались для разового использования. Основные силовые нагрузки оказывались на конструкцию в течение первых минут при старте, а основные термические нагрузки имели место либо на старте, либо при входе в плотные слои атмосферы (в случае возвращения аппарата). Деградацию материала под действием повторяющихся нагрузок (усталость) или постоянной нагрузки при повышенной температуре (ползучесть) можно было серьезно не учитывать. Таким образом, до последнего времени в космической технике практически игнорировались принятые в авиастроении понятия срока службы, продолжительности безотказной работы и остаточной прочности. [c.96]

Индикаторы среды предназначены для контроля среды, в которой проводят усталостные испытания, например, всеклиматические испытания авиационных материалов и конструкций, во время которых определяют влияние погоды, в том числе атмосферных осадков на усталость материалов. Принцип действия индикатора состоит в том, что на поверхности контролируемого материала располагают торцы световодов, по которым посылают зондирующие световые импульсы с известной характеристикой преобразованные средой импульсы возвращаются по соседним световодам в анализатор, где с помощью известных оптических методов определяется разновидность среды (дождь, туман, снег, гололед, солнечная радиация) и фиксируется ее качественный и количественный состав. [c.308]

Большие трудности связаны с получением статистических данных о несущей способности элементов конструкций. Для этого используются в основном два способа. По одному из них экспериментально определяются функции распределения характеристик усталости (или других необходимых механических свойств) для материала путем массовых испытаний лабораторных образцов. Пользуясь условиями подобия, по ним определяется циклическая несущая способность деталей. Систематические исследования усталостных свойств легких авиационных сплавов Б статистическом аспекте были проведены, например, кафедрой сопротивления материалов МАТИ [7 10 11 14] и другими организациями [5]. Это позволило показать применимость усеченного нормально логарифмического распределения для величин долговечностей и ограниченных пределов усталости, установить зависимость дисперсий чисел циклов от уровня напряжений, построить семейства кривых усталости по параметру вероятности разрушения. На основе гипотезы прочности слабого звена были разработаны критерии подобия при усталостных разрушениях в зависимости от напрягаемых объемов с учетом неоднородности распределения [c.144]

Для подготовки инженеров-механиков по авиационной технологии вопросы прочности элементов конструкций как фактора их надежности имеют существенное значение. Действующая программа курса сопротивления материалов предусматривает ознакомление студентов лишь с основными понятиями вероятности разрушения в разделе о расчете на усталость. [c.289]

С начала XX века — века технического прогресса с его высокоскоростными машинами, быстроходными турбинами, развитой авиационной промышленностью — гораздо больше внимания стало уделяться исследованиям, направленным на достижение понимания явления усталости. К середине XX в. повсеместно стали проводиться широкие исследования усталости и на микроскопическом, и на макроскопическом уровнях. Физики и металлурги пытались разобраться в сути явления на микроскопическом уровне, а инженеры — рассчитывать элементы конструкций и сами конструкции на макроскопическом уровне, используя данные простых лабораторных испытаний и полуэмпирические методы расчета. Развитие теории дислокаций в этот период во многом помогло пониманию усталости на микроскопическом уровне. Создание электронного микроскопа с его высочайшей разрешающей способностью дало возможность непосредственно наблюдать за процессом усталости. [c.169]

Хотя чаще всего целью конструктора является обеспечение большой долговечности, встречаются случаи, когда малоцикловая, или деформационная, усталость приобретает существенное значение. Например, исследования малоцикловой усталости и разработка соответствующих методов расчета представляют интерес для таких изделий, как снаряды и ракеты, поскольку их полная долговечность за все время эксплуатации может определяться лишь несколькими сотнями или тысячами циклов. В ряде других элементов конструкций, таких, как лопатки и роторы авиационных газовых турбин топливные элементы и баки ядерных реакторов, роторы и корпуса паровых турбин, изредка действующие большие механические нагрузки и температурные перепады способствуют накоплению значительных повреждений за несколько сотен или тысяч таких циклов с повышенными амплитудами в течение всего срока эксплуатации, так что методы расчета малоцикловой усталости тоже приобретают для них большое значение. Даже в тех случаях, когда действующие на машину или конструкцию нагрузки номинально малы, материал в вершинах опасных вырезов или выточек будет локально пластически деформироваться, т е. будет испытывать деформационную- [c.377]

При высоком уровне технологии изготовления, применении современных средств дефектоскопии, при проведении фундаментальных исследований эксплуатационных нагрузок, распределения напряжений и характеристик сопротивления усталости, при применении высококачественных сталей даже для ответственных конструкций допускаются небольшие значения п при условии строгого ограничения ресурса эксплуатации и текущего контроля за состоянием детали. Такое сочетание условий характерно для коленчатых валов, шатунов и некоторых других деталей поршневых авиационных двигателей, для расчета которых принимают In] - 1,3--1,5. [c.164]

Явление коррозионной усталости имеет место в случае контакта деталей, подвергающихся циклическому нагружению. Легкое трение в месте касания одной детали с другой становится первопричиной уста лостных трещин и может привести к значительному снижению прочности. В современных авиационных конструкциях имеется достаточно примеров, когда происходили [c.210]

Для вероятностной оценки сроков службы по критерию сопротивления усталостному разрушению и для описания надежности элементов конструкций в условиях эксплуатации Я. Сед-лачек [75] предложил использовать статистическое описание процесса усталости при стационарном переменном нагружении, позволяющее охарактеризовать рассеяние сроков службы элементов конструкций. Для нестационарной нагруженности, описываемой фиксированной функцией распределения величин измеренных напряжений Б. Лундберг [66] предложил определять допустимые сроки службы элементов авиационных конструкций в зависимости от требований к их надежности, используя линейное суммирование повреждения и кривые усталости с вероятностной оценкой разрушающего числа циклов. [c.255]

Условия длительных испытаний образцов при одноосном напряженном состоянии не могут, очевидно, полностью отразить лшогообразие условий работы конструкций в эксплуатации. Системы труб, сосуды под давлением, турбинные диски, элементы авиационных конструкций работают в условиях высоких температур при сложном напряженном состоянии. При длительной работе изделий критерии эквивалентности устанавливаются по заданной долгозечности (статическая и динамическая усталость) или заданному допуску на остаточную деформацию (ползучесть). Эквивалентным напряженным состояниям должны соответствовать одинаковые значения параметра, на основе которого производится корреляция. [c.172]

Первые работы в СССР по малоцикловой усталости элементов авиационных конструкций были выполнены Н. И. Мариным (1946). Эксперименты, проведенные на цилиндрических трубах (со сварными швами и без них) и пластинах с отверстием, показали, что сопротивление мало-дикловому разрушению, выраженное номинальными разрушающими напряжениями, оказывается ниже сопротивления разрушению при однократном статическом нагружении, в зависимости от механических свойств материала и уровня концентрации напряжений. [c.411]

Повышение требований к параметрам и стремление к снижению веса авиационных ГТД обусловили усиление термической и механической напряженности их деталей, в том числе и дисков турбин. Особенности применяемых на некоторых типах ГТД конструкций дисков турбин (наличие центрального отверстия, расположение крепежных отверстий в напряженной зоне ступицы) приводят к тому, что материал дисков — ЭИ698ВД в зонах концентрации напряжений у отверстий работает в упругопластической области. При этом температурный режим диска в зоне крепежных отверстий является относительно умеренным. В связи с этим для таких дисков влияние процесса ползучести в наиболее напряженных зонах невелико, а основным фактором, определяющим долговечность дисков, являются процессы малоцикловой усталости материала в районе крепежных отверстхп . [c.541]

Поверхность предельного состояния характеризует прочность материала детали при пропорциональном нагружении, когда число циклов и длительность действия нагрузки возрастают одновременно в одинаковой степени. На диаграмме рис. 4.8 этому процессу соответствует перемеп] ение по лучу ОА . Если в рассматриваемый момент наработка детали характеризуется горизонтальными координатами точки П, то запас по циклической долговечности (для уровня нагрузки в детали А д) определяется отношением отрезков ОА/ОД. Вертикальные и горизонтальные проекции сечений поверхности предельного состояния представляют собой кривые малоцикловой усталости Ае — Ы, Ае — Тц и зависимость долговечности от длительности выдержки в цикле Тц — N. Эти кривые для конструкций энергетического машиностроения рассмотрены в гл. 2 и 3. Зависимости Ае — N как для литых, так и для деформируемых жаропрочных авиационных сплавов на никелевой основе могут быть представлены уравнениями Мэнсона — Коффина АеМ = С. Особенностью этих сплавов является то, что величины т т С при высоких температурах (750—1050° С) не постоянны, а изменяются в широких пределах т — в 1,5— 2 раза, С — до 10—20 раз). Поэтому использование зависимостей типа Ае — в расчетах деталей авиационных двигателей требует экспериментального исследования соответствуюш его материала и определения постоянных т ж С. Однако возможны некоторое обобш ение экспериментальных данных и вывод расчетных зависимостей, пригодных для определения долговечности. Если рассматривать совокупность полученных экспериментальных точек для материалов одного класса и определить средние значения и границу нижних значений области разброса экспериментальных точек, то для долговечностей 10 — 10 соответствующие уравнения этих кривых можно представить в виде [c.88]

Понятие допустимых повреждений у конструкции, которое появилось первоначально в авиационной промышленности, относится к конструкции, спроектированной таким образом, чтобы минимизировать возможность выхода самолета из строя из-за распространения невыявленных дефектов, трещин или других подобных повреждений. При производстве конструкций, в которых допускаются какие-либо повреждения, приходит решать две основные проблемы. Эти проблемы состоят в обеспечё йии контролируемого безопасного роста дефектов, т. е. безопасной эксплуатации с трещинами, и в принудительном сдерживании повреждаемости, вследствие чего должны быть обеспечены либо остаточная долговечность, либо остаточная прочность. Указанные требования не являются, однако, независимыми, поскольку только путем совместной проверки их выполнения может быть осуществлен эффективный контроль разрушения. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что расчет допускаемых повреждений не исключает необходимости тщательного анализа и расчета усталости, поскольку достижение высоких усталостных характеристик путем детального исследования напряженного состояния, соответствующего выбора геометрии, проведения подробного расчета, подбора материала, обработки поверхности и обеспечения качества работы является необходимой предпосылкой эффективности расчета допускаемых повреждений и контроля разрушения. [c.296]

До сих пор ни явление ползучести, ни явление усталости как следует не изучены, поэтому не удивительно, что процесс, при котором одновременно происходят и ползучесть, и усталость, тоже до конца не изучен, так что оценка возможности разрушения в таких условиях встречается с определенными трудностями. Тем не менее в ряде практически важных случаев условия таковы, что одновременно проявляются эффекты ползучести и усталости. Например, это характерно для газовых турбин авиационных двигателей и ядерных реакторов. Обстоятельства осложняются тем, что во время эксплуатации эти конструкции подвергаются действию переменных напряжений при постоянной температуре, переменных температур при постоянном напряжении, а иногда и напряжение и температура меняются одновременно. Кроме того, факты свидетельствуют о том, что взаимодействие процессов усталости и ползучести синергично. [c.449]

Во многих случаях напряжения в конструкции при периодических нагрузках превышают предел усталости. Это относится, например, к деталям авиационных двигателей, лопастям несухцих винтов вертолетов, к ряду объектов военной техники, срок эксплуатации которых очень ограничен различными причинами. В этих случаях важно знать характеристики ограниченной выносливости, которые определяют ресурс детали или конструкции, обеспечивают сопротивление усталостным разрушениям в течение определенного срока, т. е. некоторого числа циклов. Поэтому,, если при расчетах на усталость из всей кривой Велера важно знать фактически лишь одну точку — предел усталости, то при расчете на ограниченную выносливость суш.ественное значение приобретает верхняя часть кривой Велера. Однако характеристики работы детали и ее ресурс, поскольку он задан, исходя из других соображений, фактически определяют уменьшенную базу испытаний на усталость. Тем самым главным становится по возможности наиболее точное воспроизведение в испытаниях истинных условий работы детали и установление статистических характеристик, определяющих вероятность разрушения детали при напряжениях, отличающихся от выявленного таким образом условного предела усталости (предела ограниченной выносливости), и при числах циклов, отличающихся от базы испытаний. Последнее особенно важно в связи с тем, что при напряжениях, заметно превышающих истинный предел усталости и близких к пределу статической прочности, разброс данных усталостных испытаний бывает очень большим. В последние годы статистическим методам обработки данных усталостных испытаний уделяется большое внимание. [c.306]

Метод магнитного порошка обнаруживает поверхностные трещины всех видов, получившиеся в деталях после шлифовки, срез заусенцев, сильной правки, после термообработки, закалки и отпуска шлаковины и пр. Излом по трещине подтверждает правильность магнитного испытания. Авиационные з-ды производят массовый контроль шатунов, редукторных валов, силовых шпилек и других деталей по этому методу. Большое значение имеет исследование деталей, про-слушивших определенное время на машинах, методом магнитного порошка, обнаруживающего у них невидимые для-глаза трещины усталости. Это чрезвычайно важно и при испытании новых конструкций. Во всех этих случаях введению магнитного контроля долшны предшествовать исследование макро- и микроструктуры, разрезы, механич. испытания и пр., также наблюдения за службой деталей с целью обоснования критерия оценки результатов магнитных испытаний. На фиг. 3 изображены трещины, обнаруженные методом магнитного порошка. Для определения поверхностных дефектов на месте на крупных изделиях существуют простые переносные электромагниты. [c.194]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...