автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Деградация несущей способности авиационных заклепочных соединений под влиянием различных эксплуатационных факторов и окружающей среды

Киевский международный университет гражданской авиации

рГ6 0/1 ■ н

На правах рукописи

' - МОЯ 19.95

реинлльдо яуро иглесияс

дегрядяция несушки способности авиационных заклепочных соединении под влиянием различных

эксплуатационных фнкторов и окружающей среды

Специальность 05.02.09 - Динамика, прочность машин,

приборов и аппаратуры

Автореферат диссертации на соиснаниэ ученой степени кандидата технических наук

Киев 1995

Работа эыпо/шуни п Киевском международном унииирситЕпы гражданином щхшции

Научный руководитель! кандидат технических наук,

профессор

Радченко Яликоиндр Иванович Официальные оппоненты', доктор теннИ4есних наук,

Защита состоится 24 ноября 1995 года в 13 часов на заседании слециалиэируциННого совета И 01.35.06 при Киевском международном университете гражданской авиации (ауд.1.121).

(252033, Киыв-30, ГСП, пр,Космонавта Комарова,1. КМУТЙ).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Киевского Международного Университета граиданснои авиации.

Вам отзыв на автореферат и двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять в адрес института.

Уччнш1« секретарь

профессор

Третьяченко Георгий Николаевич

кандидат техничесших наук, доцент

Бороаицец Григорий Михайлович

Ведущая организаций! Завод N 410 граиданснои

авиации.

специализированного совет кандидат технических наук

Лебедев К).Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Экономические причины заставляют увеличивать ресурсы и кален -дарные сроки службы авиационной техники. Это повышает опасность разрушения конструкции в результате деградации служебных свойств материалов и конструктивных элементов.

В этих условиях возникает настоятельная необходимость учета ряда факторов, влиянием которых ранее пренебрегали. Одним из таких Факторов является коррозия, которая при современных сроках службы самолетов становится второй по важности причиной разрушения.

Атмосферные осадки - дождь, туман, и, особенно, роса, которые всегда содержат агрессивные примеси, способствуют образованию на поверхности металлических конструкций тонкой пленки электролита. Интенсивная диффузия кислорода к поверхности изделия через пленку обусловливает активизацию процесса электрохимической коррозии

Влияние агрессивной среды зависит от функционального назначения и конструкции детали, а также от особенностей зоны, где она расположена.

С точки зрения условий протекания процесса коррозии можно выделить три группы деталей и элементов конструкции.

Детали первой группы расположены в местах, которые хорошо обдуваются потоком воздуха при, движении самолета. Это приводит к высыханию пленки электролита уже при разбеге самолета и повреждение этих деталей обусловлено процессами атмосферной коррозии, происходящими при стоянке самолета на земле.

Летали второй группы находятся в необогреваемых и невентили-руемых отсеках воздушного судна. После взлета пленка электролита замерзает и электрохимический процесс коррозии прекращается

Разрушение в этом случае обусловлено последовательным дей-

ствием в течении каждого полета двух факторов:атмосферной коррозии при стоянке и процессами малоцикловой коррозионной усталости, связанными с нагрузками цикла "земля - воздух - земля".

Третью группу составляют элементы конструкции, находящиеся в обогреваемых отсеках самолета, которые при стоянке и в течении всего полета могут оставаться покрытыми слоем электролита и воспринимать статические и циклические нагрузки.

Разрушение этих деталей обусловлено процессами, протекающими по определенной программе: электрохимическая атмосферная коррозия при стоянке сменяется коррозионной усталостью в полете.

Процессы коррозии самолетных конструкций значительно усложняется в зазорах и щелях, которые образуются при соединении деталей планера самолета между собой заклепками или болтами.

Попавшая в щель агрессивная среда удерживается более длительное время, чем на открытых участках конструкции, а капиллярный эффект приводит к конденсации атмосферной влаги в вели в условиях, когда появление росы на открытых участках конструкции - невозможно Электрохимические процессы в щелях и зазорах имеют ряд особенностей, влияющих на характер и кинетику коррозионного разрушения Скорость коррозии алюминия в щелях в 10...12 раз больше, чем на открытых участках. .

Разрушение авиационных заклепочных соединений сопровождается такхе явлениями фреттинга, что еще больше усложняет этот процесс Указанные.особенности позволяют объяснить почему до 85* всех разрушений конструкций планеров самолетов происходит в местах соединения их элементов.

Продолжительная эксплуатация приводит к старению защитных лако-красочных покрытий и их разрушению. После этого агрессивная

среда попадает в конструктивные зазоры и шли, вызывая появление очагов коррозионных повреждений, снижают ресурс конструкции.

В последние годы для повышения ресурсов ЛКП применяется так называемые профилактические покрытия, которые периодически дополнительно наносятся на слои лакокрасочного покрытия.

Обычно в качестве профилактических покрытий используются пленкообразующие мотивированные нефтяные составы (ПИНС).

Свойства ПИНС легко проникать в конструктивные зазоры (микро-трешины), вытеснять воду с поверхности металла и создавать защитную пленку толщиной 5...100 мкм позволяют в течение длительного време-ни исключить контакт металла в вели ' с агрессивной средой и умень- шить скорость коррозии.

Однако в некоторых случаях применение ПИНС приводит к уменьшению усталостной долговечности заклепочных соединений, что связано с уменьшением сил трения между листами обшивки и перераспределением усилий,действующих на заклепки, расположенные в различных рядах.

Сложность изучения влияния шелевой коррозии тонкостенных элементов авиационных конструкций на их прочностные характеристики заключается также в отсутствии объективных инструментальных методов оценки характера и величины коррозионного повреждения.

Целью работы являлось разработка ускоренного метода оценки степени деградации несущей способности авиационных заклепочных соединений поя влиянием циклических нагрузок и агрессивной среды, а также исследование эффективности антикоррозионной их зашиты с помощью пленкообразующих нефтяных составов АУ-25 и ЦС-23 применительно к условиям эксплуатации в Украине и на Кубе.

Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения длительной экономически эффективной и безопасной экс-

плуатации воздушных судов в различных регионах земного шара со сложными климатическими условиями. Результаты работы могут быть использованы для ускоренной оценки эффективности применения различных антикоррозионных составов.

3 а д а ч и исследования состояли в:

1. Изучении типичных коррозионных повреждений самолетных конструкций при эксплуатации на Кубе;

2.Разработке комплексного ускоренного метода исследования деградации несушей способности авиационных заклепочных соединений, позволяющего наиболее полно учесть влияние эксплуатационных факторов на характер и кинетику коррозионных повреждений;

3. Исследовании закономерностей коррозионного и хоррозионно -усталостного повреждения заклепочных соединений, а также эффективности применения в качестве антикоррозионной зашиты пленкообразу-

• кадих ингибированных нефтяных составов КС-23 и АУ-2Ь.

4. Разработке математической модели, описывающей влияние различных исследованных факторов. . .

Научная н о в и з н а диссертационной работы заключается в том, что;

- разработан комплексный ускоренный метод исследования деградации несушей способности авиационных заклепочных соединений:

- исследована эффективность применения пленкообразукших нефтянных составов для зашиты авиационных заклепочных соединений при различных сочетаниях эксплуатационных факторов:

- разработана математическая модель деградации несущей способности заклепочных соединений под влиянием коррозии.

Практическая ценность работы определяется тем, ЧТО:

- разработанн ускоренный метод оценки влияния антикоррозионных средств на. несущую способность соединений, позволяющий достаточно полно учесть влияние различных эксплуатационных факторов. Метод может быть использован при сертификационных испытаниях антикоррозионных средств;

- произведена сравнительная оценка эффективности применения ПИНС Л7-25 и КС-23 для зашиты авиационных конструкций.

Автор защищает;

- ускоренный метод оценки качества антикоррозионных средств, предназначенных для защиты заклепочных соединений;

обоснованность применения пленкообразующего ингибированного нефтяного состава КС-23 для защиты от коррозии заклепочных соединений.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научной конференции в Управлении гражданской авиации Госпублики Куба (1994 г), на отчетной научно-технической конференции Киевского международного университета гражданской авиации (1994 г)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,заслючения, списка литературы и 3-х приложений. Материал изложен на 130 страницах и вклвдает 30 рисунков и 15 таблиц. Библиография вклкнает 77 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность проблемы. Кратко изложено содержание глав работы. Приведены основные положения диссертации, содержащие научную новизну. Рассмотрен вопрос о практической ценности'результатов исследований.

В первой главе рассмотрены основные результаты исследований коррозии- авиационных материалов,- приведенные в литературных источниках.

Описаны основные закономерности коррозионного и коррозионно -усталостного разрушения материалов и элементов конструкции.

Приведены результаты исследований, направленных на обоснование применения пленкообразующих ннгибированных нефтяных составов для^. антикоррозионной защиты авиационных конструкций.

Рассмотрены основные принципы проведения ускоренных коррозионных испытаний и методы количественной оценки повреждения.

Сформулированы задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены результаты комплексных ускоренных исследований деградации несушей способности заклепочных соединений авиационных конструкций, находящихся в ■ненагруженном состоянии,под влиянием агрессивной окружающей среды.

Проанализированы особенности процессов разрушения элементов конструкции в зависимости от их условий работы и конструктивных особенностей. Произведена их классификация.

Рассмотрены особенности применения пленкообразущих шгибиро-ванных нефтяных составов (ПИНС) для дополнительной антикоррозионной защиты конструкции воздушных судов. Указано, что положительные свойства ПИНС делают их перспективными для зашиты заклепочных и болтовых соединений

Однако уменьшение усталостной долговечности соединений при применении ПИНС требует изучения влияния их не только на коррозионную стойкость конструкции, но и на изменение несушей способности

В работе предложен комплексный ускоренный метод оценки деградации несущей способности заклепочных соединений, работающих при

действии циклических нагрузок и агрессивной среды. Метод использован для изучения влияния ПИНС на ресурс заклепочных соединений.

В качестве показателя влияния щелевой коррозии на несукую способность заклепочных соединений предложено использовать остаточную долговечность N. определяемую путем усталостных испытаний в воздухе поврежденных коррозией конструктивных элементов.

Этот показатель позволяет также учесть локальный характер коррозионных повреждения в щелях заклепочных соединений, которые практически невозможно оценить существующими методами контроля,

Исследования проводились применительно к условиям базирования самолетов в Украине и на острове Куба.

Объектами исследования являлись конструктивные элементы заклепочного соединения, моделирующие стык листов обшивки, фюзеляжа самолета Ту-154,подкрепленный стрингером (рис. 1).Материал обшивки-Д-16АТ (сплав системы А1-Си-Мё). Материал стрингера 0-05 ПЧТ1.

Четырехрядное соединение выполнялось высокоресурсными заклеп-1сами типа ЗУК диаметром 4 мм. Материал заклепок - сплав В-65.

После изготовления элементов заклепочных соединений на них не наносились лакокрасочные покрытия (ЛКП), т.е. моделировался случай полного разрушения ЖП после некоторого периода эксплуатации.

. Все испытания на усталость проводились в статистическом аспекте при максимальном напряжении отнулевого шнека <г=67.6 МПа.

Были реализованы три схемы испытаний (рис.2).

Первая схема А + У (см. рис. 2а) предусматривает испытания, проводимые в два этапа.

На первом этапе < А) в течении года производились стандартные испытания на атмосферную коррозию на коррозионных климатических станциях Киев (Украина), Кибикан и Вириато (Куба).

Задачей этого этапа являлось создание в щелях заклепочных соединений первичных очагов коррозионного повреждения, характер которых полностью соответствует реальным эксплуатационным повреждениям при использовании самолета в данном регионе.

Коррозионная станция Киев расположена в промышленном районе города Киева. Станция Кибикан находится на расстоянии 42 км от побережья Атлантического океана в сельском районе, а станция Вириато - непосредственно на его берегу, что обусловливает очень жесткие условия испытаний на атмосферную коррозию.

Тропический климат Республики Куба характеризуется большей среднегодовой температурой по сравнению с условиями Украины при практически одинаковой среднегодовой относительной влажности. Однако в Гаване в два раза больше осадков, чем в Киеве.

Интенсификация процессов атмосферной коррозии на Кубе в значительной мере также обусловлена большими суточными перепадами температуры, которые вызывают конденсацию влаги на открытых металлических поверхностях в течении всего года.

На втором этапе исследований (У) проводились контрольные стандартные усталостные испытания в воздухе элементов заклепочных соединений, поврежденных коррозией при частоте И Гц. Определялась остаточная долговечность до полного разрушения элемента На.

Вторая схема ускоренных испытаний (рис.26) предусматривала их проведение в три этапа (схема А+К+У).

Первый этап А' аналогичен этапу А первой схемы испытаний.

Второй этап К заключался в проведении лабораторных ускоренных коррозионных'испытаний, ограниченных во времени Тк.

Задачей второго этапа являлось увеличение интенсивности коррозионных повреждений, возникших на первом этапе.

Ускоренный коррозионные испытания проводились на специальной установке с программным управлением.

Блок программы испытаний предусматривал полное погружение кассеты с партией ненагру;:енных элементов заклепочных соединений в ЗХ водный раствор HaGl в течение 5 минут с последующей 15 минутной сушкой струей теплого воздуха при температуре 50°С.

Продолжительность второго этапа варьировалась и составляла 60 или 160 дней (1440 или 4320 циклов коррозионных воздействий).

На третьем этапе (У) производились контрольные усталостные испытания для определяления остаточной долговечности Как.

Третья схема испытаний предусматривала испытания образцов заклепочных соединений, имекких антикоррозионную защиту. Она состояла из четырех этапов (рис.2в).

Первый этап П заключался в нанесении ГИНС КС-23 (СССР) или AV-25 (Швеция) на поверхность и в щель заклепочного соединения .

Остальные этапы полностью соответствует этапам второй схемы.

В результате проведения четвертого этапа испитаний определялась остаточная долговечность Япак

Всего было выполнено 23 серии и испытано 229 конструктивных элементов заклепочных соединений.

Показано, что эмпирические функции распределения логарифмов остаточной долговечности для всех серий испытаний аппроксимируются логарифмически нормальными распределениями.

Для сопоставления полученных данных и исследования развития коррозионных повреждений предложены диаграммы изменения остаточной долговечности (рис.3). Они состоят из линий: А-атмосферные испытания и К-лабораторные ускоренные коррозионные испытания

Вид диаграмм зависят от климатических условий, наличия ПИНС и 9

его типа, продолжительности испытаний.

Установлено, что попадании ШПС КС-23 в зазор между листами обшивки приводит к снижению усталостной долговечности с N0- 998000 циклов до Нпо » 061000 циклов т.е. на 13.7%.

Атмосферные испытания в точение одного года привели к существенному уменьшению остаточной долговечности образцов без зашиты.

В Киеве это уменьшение составило 22.8Х, на станции Кибикав -68.3%, Вириато- - 77.9%.

Как показали металлографические исследования столь болыюе уменьшение остаточной долговечности может быть объяснено возникновением достаточно острых концентраторов напряжений в зоне зенковки под потайную головку заклепки.

В таблице 1 произведено сравнение относительной величины остаточной долговечности образцов, иепытывавшихся на первом этапе ■на различных коррозионных станциях, после 60 и 180 дней ускоренных коррозионных испытаний.

Из данных таблицы 1 видно, что нрй испытании образцов, не защищенных с помошью ПИНС, на станции Вириато, а затем в лабораторных условиях в течение 15 месяцев, происходит практически полное исчерпание их несущей способности. При этом характер коррозионного повреждения близок к эксплуатационному, что играет большую роль при проведении ускоренных испытаний.

Таблица 1

Нак-^о. % Мак/Мпо. X

Закита без зашиты КС-23 АУ - 25

Станция Тк=60 Тк=180 Тк=60 Тк-180 Тк-60 Тк-180

Киев 37.6 32.96 67.25 47.14 85.5 56.0

Кибикан 17.22 12.86 25.06 21.33 38.06 20.34

Вириато 17.57 9.76 25.08 18.40 32.69 18.23

Из таблицы 1 видно, что уже 60-дневные ускоренные коррозионне испытаня практически нивелируют остаточную долговечность образцов, подвергавшихся атмосферной коррозии на различных коррозионных станциях.

Это указывает на то что, выбирать режимы ускоренных лабораторных коррозионных испытаний следует чрезвычайно осторожно, не допуская изменения условий воздействия агрессивной србды на исследуемые образцы

Наибольший защитный эффект при использовании пленкообразующих ингибированных нефтяных составов получен в зоне с умеренной агрессивностью окружающей среды. Применение ПИНС А7-25 для зашиты образцов, испытшгшшихся на Киевской станции, позволило уменьшить деградацию несущей способности в 2.27 раза (Тк=60 .дней) по сравнению с незащищенными заклепочными соединениями..

Однако, после такой же продолжительности ускоренных испытаний образцов, ранее испытывавшихся на атмосферную коррозию на кубинских коррозионных станциях, наблюдается уменьшение эффективности антикоррозионной зашиты с помощью ПИНС.

Указанное явление можно объяснить тем, что процесс коррозионного разрушения заклепочных соединений имеет несколько стадий, кажлгш из которых характеризуется определенной скоростью деградации несущей способности.

Для выявления стадий процесса коррозии заклепочных соединений были исследрваны закономерности изменения скорости убыли остаточной долговечности V в различные периоды (рис.4а). •

Процесс коррозионного разрушения заклепочных соединений, не имеющих антикоррозионной зашиты, имеет три стадии .

Практически сразу после контакта со средой, начиная с точки

К1 скорость V резко возрастает, что связано с возникновением И развитием центров коррозионных повреждений.

Начиная с точки К2 скорость V начинает падать. Это связано о образованием большого количества коррозионных повреждений и затуплением острых концентраторов напряжений.

Процесс разрушения заклепочного соединения с антикоррозионным покрытием имеет четыре стадии .

Первая стадия (0-К0) обусловлена процессом разрушения защитных покрытий. Остальные стадии совпадают со стадиями незащищенных заклепочных соединений.

Более сложным является график изменения скорости убыли остаточной долговечности в случае проведения комплексных усталостных испытаний (рис.4б), который основан на данных таблицы 2.

В таблице скорость выражена в тыс. циклов/день. Этап 1-2 со-• ответствует атмосферным испытаниям на коррозионных станциях, а этапы е-3, 3-4, 5-6 и 7-8 - ускоренным лабораторным коррозионным испытаниям различной продолжительности (см.рис.3).

Таблица 2

Зашита без защиты КС-23 АУ-25

Станция Т3"4 Т5-6 Т7-8

Киев 0.623 6.586 0.388 1.443 2.449

Кибикан 1.869 2.400 0.362 0.836 1.474

Вириато 2.130 0.755 1 0.649 0.855 1.203 1

Из графика видно, что интенсивная коррозия образцов, испыты-вавшихся в Вириато, началась на этапе атмосферных испытаний, а ис-пытывавшихся в Киеве - на первом этапе ускоренных коррозионных испытаний. Средняя скорость деградации несущей способности при этом соответственно равна 6586 и 755 цикл/день. Она характеризуется

МО

М.

Л.

б<>

¿а

г-

Рис Л. Коиструктииный элемент иакленочных соединений

И

Ат Ц /'цьи.1?'* Кмл/1 /е

ИМ ни ни • ■и |ц| Ъ А*У

/\/1

«#—■м- У Км

¡1!!

ЫЧ1*Л *К*У

тпт <1(1 1111 1111 1111 7.1

Клдлд

г*

л/а л

А'К'У -А У

Ш и1

I! ij.li

А.

для

а.

ы

Рис.2.Схемы испытаний

д'ис.й. Кинетические диаграмм деградации несущей способности заклепочных соединений

А

Киез

Кибикан1

чооо ч

m 6

600 N40

цикл

т.

200

зистатс

Л- i i ! X , i 1 1

% ! \:

\|

jb— ! i i 1 !

i S; i "i 1 и* ! !

¡65ТАд«и tOTiâw ISO

tfatcu 7л Те Ш-iC Л ai.c С

2 jó ó - — }7J¿ — f

i 565 60 - 575.1 — у

H }£5 ISO — 529 - ,ä

s S65 60 «42j 579. i - 2 i

6 165 ¡JO iUc.J - m

? Í6S 6o ¿55,5 - ' Is

г Ó6ó tso 4»ч25 ¿59? - lb

9 ¡65 /JO кс-гз tO.2 104 \2i

ю ¡es iso tC-21 IOS. S 2-10- 26

H }6Í m лч ч /0' 25

4¿ iäS ш - /5?, 5 ¿■IÙ* 23

Тл Te i'Vií! л v., ! С

J ijí J - ! - ¡л«¿ - ■, ¿

5 ici o'J ! - \nf.9 \ -

i [}¿5 ,¿: ! - ' i — í

й ¿C ¿S-( / - \<(

6 }Ó5 Ш ic-Л«: <¿¡ i - 1 »>'

? 562 &Ô \li-25\ Ш - 1H

¿ Jó 5 - U¿

Na •SSá.Wm/^ó (Tosca 0)

\5¿5\ ¿V: - \tP5 ■

\5¿5 '■■'{-■ ! - i ~o j - i i .

365 \ SS tC--S5~¿т. i i

■го

Jáó\ ¿ú A¡-¿áJSt г I -

i /5

á \ioS\i-2 y¡i-¿£¡i¿¿ I - )/V

Nij ~¿5i00üцухлод (wea i)

Рис.3. Диаграммы деградации несущей способности заклепочных соединений

площадью под кривой па графике,

Экспериментальное выявление стадий коррозионного I) шрушения заклепочных соединений позволяет поставить и успешно решить ряд новых задач связанных о оптимизацией ускоренных коррозионных испытаний, определением ко:>#иииенто» их форсирования, определением периодичности посстаноилония ;штйкоррозионной зашиты.

В третьей главе рассмотрены результаты исследования деградации несущей способности заклепочных соединений под влиянием цшслических нагрузок и окружахдой среды.

Одновременное действие на заклепочные соединения циклических нагрузок и агросоиш юй среды изменяет характер процессов их разрушения по ершшению с коррозией ненагруженннх соединений. В этом случае процесс разрушения усложняется не только из-за возникновения Фреттииг-коррозии на внутренних соприкасающихся поверхностях деталей (листов обшивки воздушного судна), но также из-за специфических особенностей коррозионной усталости.

Изучалась ситуация, часто возникающая при эксплуатации воздушных судов в том случае, когда ПИНС наносится на конструкцию после некоторого периода эксплуатации при обнаружении признаков повреждения заклепочных соединений щелевой коррозией.

Проведенные исследования призваны были ответить на вопрос о целесообразности нанесения дополнительного профилактического покрытия на заклепочные соединения в этом случае.

Было выполнено четыре серии испытаний. Количество образцов в серии равнялось 13.

На первом этапе 23 серии испытаний (ЦС> заклепочное соедине -ние без антикоррозионной зашиты подвергалось предварительному низкочастотному циклическому нагружению (V - 5 цикл/мин) при одно-

временном дейстпии агрессивной сред» - ЗЖ полного раствора NaCl.

Было приложено Нцс - 10000 миклог! повторной нагрузки, в те-' чение 105 дней, что составляет IX от исходной долговечности.

Максимальное напряжение отнулевого цикла раннялось 67.6 МПа.

Для проведения низкочастотных усталостных ишнланий использовался специально изготовленный стенд, позволявший нагружать одновременно 24 заклепочных соединения. На рабочей части образцов монтировались камеры, в которые подавалась агрессивная среда.

На втором этапе (Л) образцы экспонировались на коррозионной станции Киев в точение 365 дней.

На третьем этапе (К) в течение 160 дней проводились ограниченные во времени ускоренные коррозионные исшяания.

На четвертом этапе исследований (У) проводились контрольные усталостные испытания в воздухе при частоте 11 Гц, в результате которых определялась остаточная долговечность Нцс**. Максимальное напряжение отнулевого цикла равнялось 67.6 МПа, что позволило существенно ускорить процесс испытаний.

Программа испытаний при проведении 25 серии отличалась от 23 серии только удвоенной продолжительностью первого этапа.

Средняя величина остаточной долговечности при проведении 23 серии составляет 11.7Х от исходной и равна 117200 циклов, а образцов 25 серии - 109900 циклов.

Полученные результаты показывают, что включение в программу испытаний предварительных корроэионно - усталостных воздействий приводит к резкому уменьшению несушей способности заклепочного соединения, не имеющего антикоррозионной зашиты (см.рис.3).

При проведении 24 и 26 серий испытаний на образцы после коррозионно-усталостных воздействий был нанесен слой пленкообразу-

квдего ингибированного нефтяного состава - КС-23 (этап П на рис.2).

Средняя величина остаточной долговечности образцов 21 серии, на которые после 10000 киклоп коррозионно-усталостних воздействий ( \% от исходной долговечности ) был нанесен ПИНС, равна 173400 циклов ( 17.5* от исходной долговечности ). Это на 48% больше, чем без применения ГШ),

Увеличение продолжительности корроэионно-усталостных воздействий в 2 раза (26 серия) иршюяо к уменьшению средней величины остаточной долговечности до 137500 циклов, что указывает на уменьшение н 1.0 раза положительного эффекта от применения ПИНС и на необходимость более ранних сроков проведения профилактических мероприятий.

Полученные экспериментальные данные убедительно показывахл1, что при оценке ресурса заклепочных соединений необходимо учитывать всю совокупность эксплуатационных факторов, уделяя особое внимание действию циклических нагрузок и окружающей среды в различных вероятных сочетаниях,

В четвертой главе рассмотрена математическая модель, описывающая результаты выполнен!« исследований, позволяющая оценить роль различных 'факторов на деградацию несущей способности заклепочных соединений и прогнозировать их поведение при различных условиях эксплуатации.

При разработке ранговой множественной корреляционной модели использовались методы планирования экспериментов. Множественная корреляционная модель имеет вид

ТГ = 5. 945 - 0.1838хКУ - 0. 5236хК1'В - 0.597*т - 0. ООЗбхКбО -

- 0. 0021хК180 - 0.0275хЯ10 - 0.0214хИ20 + 0. 2191*ЛУ + 0.1403*103, где КУ. К1В,У1Р. - ранги места проведения атмосферных испытаний

в течение года (Киев,Кибикан,Виринто):

КбО и К160 - ранги продолжительности ускоренных коррозионных испытаний;

НЮ и 1(20 - ранги продолжительности коррозионно-усталостных воздействий;

АУ и КЗ - ранги типа ПИНС.

Квадрат множественного коэффициента корреляции при применении данной модели для описания полученных результатов экспериментов равен 0.9533, что свидетельствует о наличии достаточно тесной корреляционной связи между логарифмом средней величины остаточной долговечности 161Г и рассмотренными параметрами.

Анализ модели показал возможность математического описания процессов коррозионного и коррозионно-усталосткого разрушения заклепочных соединений, а таюсо перехода к количественной оценке ряда факторов при увеличении объемов эксперимента.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод ускоренных комплексных исследований деградации несущей спосооности соединений деталей тонкостенных авиационных конструкций под влиянием окружашей среды, вклшакшй в себя элементы широко используемых методов исследования коррозионной стойкости металлов и сплавов - метода испытаний на атмосферную коррозию и ускоренного метода периодического смачивания электролитом.

2. Количественной характеристикой степени деградации несущей способности соединения и коррозионного повреждения предлагается использовать величину остаточной долговечности, определяемую путем проведения контрольных усталостных испытаний в воздухе, образцов с

коррозионными повреждениями

3.Изучены закономерности коррозионного разрушения за .лепочных соединений авиационных конструкций при" их эксплуатации в различных регионах земного шара.

Показано, что атмосферная коррозия в течение одного года приводит к уменьшению долговечности исследопанного заклепочного соединения, не имеюдего антикоррозионной зашиты, в Киеве на 22. вх, в Кибикане па 60.ЗХ, в Вириато на 7вХ от исходной долговечности

4.Разработанный метод позволил количественно оценить относительную жесткость условий испытаний на атмосферную коррозию заклепочных соединений самолета Ту-154 при их экспонировании на атмосферных коррозионных станциях Украины и Кубы.

Показатели относительной жесткости условий атмосферных испытаний для Киева, Кибикана и Вириато соответственно равны 1, 2.44, и 3.49.

5. Вюашение в программу исследований этапа лабораторнач ускоренных испытаний позволяет достичь практически полного исчерпания несущей способности заклепочного соединения за 1,3 года

Так, за указанный период времени остаточная долговечность соединений, экспонировавшихся в Вириато снизилась до 15. вх от исходной величины,

6. Наибольшее ускорение коррозионных испытаний путем вклшения в их программу лабораторного этапа ускоренных коррозионных воздействий достигается для заклепочных соединений, эксплуатирушихся в регионах с умеренной агрессивностью окружающей среды.

Для заклепочных соединений без антикоррозионной зашиты, экс-плуатирушихся в Киеве, проведение 60 дневных ускоренных испытаний позволяет увеличить коррозионное повреждение в 1.73 раза по

I1.)

сравнению с агмосфернши испытаниями п течение гола.

Для заклепочных соединений, эксплуатирующихся в Вириато, указанное увеличение составляет нсего А.Ъх.

7. Показано, что пленкообр.йукше иигибиронанные составы являются эффектипными аптикорро.тоимнми ракитными ' средствами для заклепочных соединений аьиаимошшх конструкций.

8. Попадание ПИНС КС-КЗ п мель исследованного заклепочного соединения приводит к уменьшению его усталостной долговечности на 13.1%. Это делает необходимым пропсдонне сертификационных испытаний ПИНС при решении попроса об их применении на конкретном типе воздушного судна. •

9. Произведена сравнительная опенка антикоррозионных свойств пленкообразующих ингибированпых нефтяных состагюв АУ-25 и КС-23.

Установлено, что при применении состава ЛУ - 25 деградация несущей способности заклепочного соединения в 1.25-1.5 раза меньше, чем при использовании состава КС - 23. По мере увеличения коррозионного повреждения указанное различие уменьшается.

10. Анализ кинетических диаграмм убыли остаточной долговечности дал возможность установить стадии коррозионного разрушения заклепочных соединений.Это позволяет оценить периодичность восстановления пленки ПИНС на конструкции воздушного судна, научно обосновывать программы ускоренных испытаний и форсировать процесс сертификационных испытаний ПИНС.

И. Показано, что совместное действие на начальном этапе эксплуатации циклических нагрузок и агрессивной среды при отсутствии антикоррозионной зашиты вызывает существенное ускорение деградации несущей способности заклепочных соединений.

Так, при продолжительности коррозионно-усталостных воздействий

равной IX от исходной долговечности, уменьшение долговечности заклепочных соединений эквивалентно 1 году эксплуатации в гс^оде Киеве.

12. Нанесение ПИНС на заклепочные соединения после некоторого периода эксплуатации позволяет увеличить их долговечность.

При использовании в качестве защитного покрытия ПИНС КС-23 указанное увеличение равно 482.

13. Нанесение ПИНС на лакокрасочные покрытия позволяет еще больше уменьшить скорость их разрушения в эксплуатационных условиях. Однако, в этом случае они могут не проникать в щели заклепочных соединений, что уменьшит эффект от их применения.

14. Разработана ранговая множественная корреляционная модель, позволявшая оценить влияние различных факторов на деградацию несущей способности заклепочных соединений под действием различных эксплуатационных Факторов, а также положительный эффект при применении пленкообразуших ингибированных нефтяных составов АУ-25 и КС-23.

Выносимые на защиту результаты получены лично диссертантом.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих п у б л и к а ц и я х :

1.Радченко, А.И., Яуро Йглесиас Р. Деградация несущей способности заклепочных соединений авиационных конструкций под влиянием окружатей среды. 02.03.95 м578-Ук95.

2. Павлов И. Г., Карускёвич М. В., Яуро Иглесиас Р. Разработка методики контроля технологий антикоррозионной защиты элементов авиационных конструкций по критериям циклической долговечности.// Тез.докладов отчетной научно-технической конференции Киевского

международного университета гражданской авиации. Май 1994. -Киев, 1994. С. 23.

3. Llauro Iglesias R., Radchenko A.I. Influencia de los factores climáticos y sustancias agresivas sobre el estado técnico de las aeronave:? en condiciones tropicales.// Revista Construcción de Maquinarla. - 1S93. - N6 - P. 23-26.

4. Радченко А. И., Яуро Иглесиас Р. Деградация несущей способности заклепочных соединений под влиянием циклических нагрузок и окружашей среды. 25.04.95 N965 Ук95.

Яуро Иглесиас Р. Деградация несущей способности авиационных заклепочных соединений под влиянием различных эксплуатационных факторов и окружашей среды.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.06 - Динамика,прочность машин, приборов,аппаратуры: Киевский международный университет

гражданской авиации. Киев.1994. Диссертацией является рукопись.

Защищается 4 научные работы, которые содержат результаты исследования деградации несушей способности авиационных заклепочных соединений под влиянием циклических нагрузок и окружашей среды, а также изучения возможности их антикоррозионной защиты с помощью пленкообразующие ингибированных нефтяных составов AV-25 и КС-23.

Разработан комплексный метод ускоренных исследования деградации несушей способности заклепочных соединений. Изучена кинетика коррозионного разрушения заклепочных соединений в условиях Украины и Кубы. Показана эффективность антикоррозионной зашиты с помощью ПИНС AV-25 и КС-23. Разработана методика определения периодичности восстановления пленки ПИНС.

Кличов! слова:

Л1так, корозХя, антикорозЮний захист, юИвкоутворюш! 1нгШроваа1 нафгов1 cyuimi, втомв хвтаду.

ДосуЦджэна даградацХя несучо1 здатност1 8в1аШйяих заклвпочних з"еднанъ п1д вшитом циклХчяих навантажень та напколишнъого середоввда, э такоя внвчеяа моюшв1сть 1х антикороэ1йного захисту за допомогою шИнкоутворшчих 1яг101рованих нвфгових склад1в АВ-25 та КС-23.

РозроОленний комшюксний метод прискореши досл1даень деградацП весучо! здвтносг 1 звклепочних з"едаань в умовах УкрэХни та Куба. Показана ефектавн1сть онтикорозШгого захисту за допомогою ПЮО АВ-25 та КС-23.розроблена методика визначення пер1одачност1 в1дновленая пл!вки ПНЮ.

The loes ol the capacity oi resistance oi the riveted Joints under the influence ol cyclic loads and the environmental conditions haa been reseached. In addition to this, the capacity of Bnticorrcoive deienee oi the inhibiting mixtures AV-25 and KO-23 ваз studied.

A complex method oi accelerated Bcientiiic reseach of the Iobb oi the resistance capacity oi the riveted joints in the conditiona oi Ukraine and Cuba wae made. 5he anticorroaive effectiveness ol the inhibiting mixtures AV-25 and КС-23 waa proven. A methodology to determine the periodicity oi the reeatablishraent oi the anticorrosive layers oi the inhibiting mixtures, above mentioned, wae also developed.

Подписано в печать 11.10.95. Формат 60x84/16. Бумага типографская. Офсетная печать. Усл.кр.-отт.7. Усл.печ.л. 1,39. Уч.-иэд.^. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ I? 178-1. Цена . Изд. № 261/Ш.

Издательство КМУГА.

252058. Ниев-58, проспект Космонавта Комарова,!.