автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Методология оценки эксплуатационного ресурса соединений и надежности технологий восстановительного ремонта элементов авиационных конструкций с использованием композиционных и полимерных материалов

сГ4

С Г Р Е Я Я Е В ДшпряЯ Ввздяжяраюн

ИЕТОДОШЯ ОЦЕНКИ 2КСПЛУАТА1ЦОТПЮГ0 РЕСУРСА ССЕДЙШСЯ И НАДЕЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ЕОССТАНОЕ!ГГО!ЬШГО РЕШГГА ЭЛЕШГГОЗ АВЛЛЩКМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЮЖПОЗНЦЩ5гВС I! ШШЗЖИШХ МАТЕРИАЛА

Специальность 05.22.14 - Эксплуатация юздуяшга транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москза 1997

С 7 Р Е Л Я £ В ДюггряЯ Вларая^агш

ГЕГОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ЗКСПЛУАТАЦИШШОГО РЕСУРСА СОЕДМИШЙ И НАДШЮСТН ТЕХНОЛОГИЙ ВСССТАН0В11ТЕЛЫЮГ0 РЕКСИТА ЗЛЕШГГСЗ Л1КШШ0Ш.Н КОНСТРУКЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЙ! ГОКПОЗИЩХЗК^ и ПОЛ325ПЕЖ МДТЕРИАЯП

Специальность 05.22.14 - Зксплуатэдп воздупггога транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 199?

С Т Р S Л Я Е 3 Яапгр*а

:-:ГО"0?ПП31 СЩЗКЯ СЯЯитДЦЩКСГО РБСЗРСА ССЗЕСТгЯ И КЛДЕШ10СП1 ТЕХКМЯПЯ ВОССТЙЯВИШЬВОГО РЕГШГА 3XS3HC3 лвнлс:сшшх гсжгггэтосй с шюльзовапгзен пкзхазрхякя п гагз.гикк НДТЕКШСЗ

Специально©» 05.22.14 - аксгиуагацхз еэзеупйого транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

1'оскза 1997

Работа выполнена в Московском авиационном технологическом института км. К.Э.Циолковского (Российский Государственный технологический университет) на кафедре "Детали машин и ТШ"

04г.щиальныо оппоненты: член-корреспондент РАН, профессор,

доктор технических наук Шхунт H.A.

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации (г. Москва)

часов на ' гаседаики диссертационного Совета

Д С72.05.01 в Московском Государственном техническом университете гражданской авиации по адресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульв., д. 20, МГТУ ГА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

профессор,

доктор технических наук Срсиоа В. П.

профессор,

доктор технических наук Лебедев К.Н.

Защита диссертации состоится часов на ' гаседа!

г

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного

Совета Д 072.05.01

профессор, доктор технических наук

Каиаолов С.К.

СВДЯ1 ХЛР,ШЕП2ШПА РАШШ

Агзуалгетс» гхяя. СЗасзавзпцсэ лдсяггшэ полиыэркых и композиционных материалов (И и КМ) при иагсзояяшя я воях&вогиязллввя рзгикэ гккгрзадзпикя стл элементов конструкций летательных аппаратов (ЛА) является одним из осгагшз направлений совершенствования современной авиационной техники * и псвызения зффэктизкости ей эксплуатации. Это обусловлено как высотам прочностными и десткостккш! хвраотернстжшни КМ, так я радоа их специфических свойств, позволяздих создавать г процессе проектирования необходимо свойства материалов конструктивных элементов М в заданных направлениях. Например, только в новых авиационных конструкциях использоагние Ю.1 для подкрепления силовых металлических элементов дает возможность добиваться снижения веса до 122, а изготовление конструкций полностью из ИЛ - до 20...252.

Наибольшее применение в элементах современных авиационных конструкций наели перспективные с точки зрения обеспечения воссвсй эффективности угле- и стеклопластики, армированные нвпрэрывшаа» волокнами. Преимущества зтих материалов полнев реализуется в конструктивных элементах, райстоЕЩ« при эксплуатации в условиях осевого. нагрулсеюга (ферменные стерняеакв конструкции сигогсто набора и крепления радиотехнических устройств ДА).

Применение II и КМ при изготовлении я восстановлении поврежденных зен элементов авиационных конструкций потребовало рзграбатка я оЗосетжзам навьгх методологий прикладных рзечетоп как дат грогяосиразашм их вхсплугхзицаяяояо ргсурся, так и для сценка издадшхет сзхяаззгиЗ рзстезз, необходимость которого диктуется современной экономической ситуацией. Кспогьзсадякэ в подобных целях методов, апробированных при расчетах долговечности и надежности элементов авиационных конструкций из традиционных материалов, в данном случаа едва ли приемлемо вследствие особенностей свойств П и КМ и иелгат привести при прогнозировании ресурса к существенным погрешностям "не в запас". Поскольку специфика КМ как конструкционных материалов состоит в том, что технологичеейге процессы формообразования конструктивного элемента и самого материала, как правило, совыедены, процедура оценки

эксплуатационного ресурса элементов авиационных • конструкций о использованием КЫ усложняется вследствие многообразий реализующихся на практика структур армирования, каждая из которых требует определения фактически полученных свойств материала.

Если ва последние годы в области методов анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) элементов авиационных конструкций с использованием КМ достигнут существенный прогресс, то з вопросах оценки вькссливостя и долговечности подобных конструкций, необходимой для прогнозирования кх эксплуатационного ресурса, надежности и оСеспечокж безопасности полетов, сохраняются значительные пробелы, обусловленные как недостаточными представлениями о физика процессов усталостного разрушения КМ, так и ограниченный объемом ралчетно-эксперимеиталышх работ по выносливости ХМ.

На стадиях проектирования, создания и вксплуатации (особенно с точки зрения безопасности полетов) авиационных конструкций с использованием КМ, удовлетворяющих требованиям прочности, надежности и весовой эффективности, вззЗсшю "узкиа" ь'эсяш является конструктивное оформление их соединений. Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации подобных конструкций показывает, что их разрушение носит устадостшй характер и происходит, как правило, в области именно узлов соединений. При этом форма исчерпания несущей способности нередко не совпадает с расчетной, разрушающее число циклов нагружекия существенно меньше требуемого эксплуатационного ресурса, а одним из глазных факторов, определяющих несущую способность и ресурс широко применяемых в современной азиационнсй технике механических, клеевых и комбинированных (щшемехакических) соединений элементов конструкций с использованием КМ, служит локальная напряженность, ..доакжащяк вследствие концентрации напряжений в области "соединений, вызываемой как отверстиями под механический крепеж, так и существенным изменением жесткости в зоне соединений.

Сопротивление соединений элементов конструкций ЛА с использованием КЫ действию эксплуатационных нагрузок, как правгло, переменных во времени, представляющее собой важнейшую и сггхтоктэльнуЕ задачу, практически не изучено. Ашуаяыюсяь ее реяеккя вызвана нарастзодей гекдендией применения П и КМ при

изготовлений ковьес я воссталознтольпса решат© су^ествугякх элементов конструкций ЛА гражданской авиации, поскольку гоны такого ремонта фактически идентичны зонам соединений.

Цодьн ргбея! являлось репэние сааисгвявэиэхкй вгучЕО-сяхтмзсхаЗ пробхеьяг, связанной с рззраеазазЯ, сбпсЕхзезагзг и аяройзццей иаяодолагЬи когтвекспого pcHxaxna-aixi&iziKQCZxico прогнозирования ресурса соедшгешй и яэдэхсосгы сока сэхосивгягЭ гахзктшжгльного рековяа 3.rstxmoa аггшрюяшх гаига^ругздй} с t,"crtwr>"SE'irjcai В и КМ, .необходимое для обеспечения бэгопасности полетов и повызек'/а эффективности эксплуатации сущеотвукцего перка гражданской авиации.

Разработанная методология основана на проведении комплекса аналитических и расчетко-эксперименталышх исследований, довцих возможность прогнозировать усталостное разрушение соединений и оценивать нх эксплуатационный ресурс. Реалиэацкя этой методологии на практике поззоляэт как проектировать и создавать рациональные по весу и несуцей способности узлы соединений, отвочоязм требовакхям Сегэпасасстя и необходимого эксплуатационного ресурса, так и оценивать надежность технологий восстановительного ремонта поврежденных зон элементов эксплуатирующихся авиационных конструкций.

Поставленная цель потребовала решения слэдугцих задач:

1. OSocsvsasa (на основании данных усталостных испытаний сбразцсз-сзиде-елэй и моделъэд образцов злементоз конструкций ЛА с использованием КМ) необходимость детального анализа НДС соединений для определения и уточнен:« параметров напряженности, используемых в уравнениях долговечности с цалья прогнозирования ресурса.

2. Язучияь необходимые для оценки ресурса соединений и надежности технологий восстановительного ремонта повредденлых.зоя авиационных конструкций с использованием П к КМ закономерности согтратгалэкия K3,i * воздействии переменных во времени нагрузок в зависимости от различных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов«

3. Разрабскхог» и сЗосгговгяь модель снижения остаточных прочности и Жесткости КМ при эксплуатационных режимах нагруяения вследствие накопления усталостных повреждений, . применимую для

расчета долговечности й прогнозирования ресурса.

Реаря/Егнав» и сОасзювзхъ модель оценки выносливости КМ с концентраторами напряжений с целы» предсказания долговечности соединений.

5. СисязшзяЁщхшсзъ существующие методики планирования и обработки реаудьтатов испытаний КМ на выносливость, используемые для получения уравнений долговечности, и обобдаь имеющиеся результаты экспериментов по усталости КМ с целью упрощения процедуры оценки эксплуатационного ресурса соединений.

6. С£орыул1роизяъ рекомендации по применение разраЗотакной методологии прогнозирования ресурса соединений для оценки надежности новых технологий восстановительного ремонта авиационных конструкций с использованием П и КМ.

Носдадодашя выполнены в рамках НХР, проводимых в МАГИ им. К.Э.Циолковского (РГТУ) га период 1285...97 гг. согласно отраслевым планам раОот по обеспеченна надежности и ресурса авиационной техники.

Ыаучван вогиаяа рабови заключается в том, что г ней впервые в отечественной и зарубежной практике разравшава и обоснована кгэдгдаитгда юдашгяснаго расыевт-веорвшческаго прогиозирозашя долговечнасш и оценки аксплуаяациояиаго ресурса соединений аавменягоя ковсярукциЛ ЛА с использование» КМ, подвергавшихся воздействии переиеивих во времени нагрузок, а также построена модель усвамхзяаого рззрувевия КМ с кяпцеюграиордаи напряжений, пршеашиыа для обоснования выбора и оцвшш надежности во сих (с использованием Л и КМ) нахвазогий вгххяяпашвшыюго ршоюа поврежденных зон элементов конструкций эксплуатирующихся ЛА.

Автором подучены следующие воиге результат и разраболзи, ияюгтгнш ва аачияу:

1. Чввюяожхгия прогнозирования ресурса соединений, основанная на проведении комплекса аналитических (анализ НДС) и расчетно-экспериыентальных (анализ долговечности) исследований, необходимая для повышения эффективности и обеспечения безопасной эксплуатации современной авиационной техники.

2. Молва уошиюсяпого рааруавшш XV с кощвняраяораии вавряяввий, позволяющая существенно упростить процедуры оценок ресурса соединений и надежности технологий восстановительного

ремонта конструктивных элементов ЛА с использованием И и ХМ.

3. Шдэхь ратзгл »взчзосш югсэдшшзг асгэгзов ЛЛ с «спольшваная! КГ), основанная на критерии снижения остатсчлой прочности КМ вследствие накопления • рассеянних усталостных повреждений при эксплуатационном нагруженни.

4. /ййэдгшхаш угзгшягтвго анализа ЯД; озздгзгиг?, необходимая для определения параметров напряженности, используем« в уравнениях долговечности а цэхъа прогнозирования эксплуатационного ресурса и оценки надежности технологий восстановительного ремонта.

5. Наподичеапие рсяскяпкизы па орггзгзвфш, гравдгяя и сбргбсггта рзяульгггсз истгкаят! образцов-свидетелей и модальных образцов элементов конструкций ЛА с использованием И1 ка циклическую проч1:ость.

3. Прзяянчзсхиа репахвдяда по а/Зору, оЗосноегдагэ и с^гтгэ садметсгм возня (с использованием П и КМ) ретсетяа взтяиягый повреждению зон конструктивных элементов современных ЛА.

/5зсамераосг» разуяъгзпм иссязда&ыхх!. Предложенная авторе:« модель расчета долговечности конструктивных элементов ЛА с использованием КМ основага на экспвргашташапс результатах по выносливости КМ, подученных путей обработки данных статистически представительного объема испытаний образцов-свидетелей на оборудовании, ейягдгеззм зыссгзйя метрологическими

характеристик'ч*. РаэргСотаяагя модель усталостного разругася КМ с концентраторами напряжений не противоречит даянш о развитии пря эксплуатации усталости трос-га в области соединений элементоз конструкций ЛА с использованием КМ. Методология, предложенная для прогнозиразгк:;з ресурса соединений и доведенная до создания прикладных методик, базируется на обобщенно;.« автором отечественной и ззрубекаси опита эксплуатации к проектирования, ■ элементов конструкций современней авиационной тохя;.та с использованием "КМ.

Результата диссертационной работы ярютгвгсаа лре&ягква«:

- при зкеплуатадда ка авиаремонтных предприятиях для ацгша надежности нозих технологий восстановительного рзкоита зломоитоз ЛА с использованием П и КМ;

- в кий я ОКБ при проектирования и создании соврзшшшй эффективной веизлшсхлсЯ техииг«;

- в научно-исследовательских лабораториях при проведении swcn6рккеиталь вага хвучеяня выносливости КМ;

- в ВУЗах, готовяяак специалистов по проектированию и эксплуатации современных ЛА.

Основные положения диссертационной работы решивогава автором з ада опубликованной совместно с научным коксультактом, профессорш, доктором технических наук Семиным M.K. istjsu (Семин М.И., Стреляев Д.В. Расчеты соединений элементов конструкций из композиционных материалов на прочность и долговечность. М.: Изд-во MATH "ЛАТМЭС", 1996. £38 е.), истюгра&ш (Стреляев Д. В. Закономерности выносливости полимерных композиционных материалов. М.: Кзд-во МАТИ "ЛАГМЭС", 1997. 84 е.), а тага» били иевлхъвоеаа ори подзоеюгяв укобвазг пособий для студентов технических ВУЗов ( Псстнсв А.Н., Стреляев Д.В. Критерии предельных состояний для оценки несущей способности элементов конструкций деталей мааик. и.: йзд-во МГАТУ "J1AV.SС", 1906. 47 е.; Стреляев Д.В., Харитонов Г.И. Прикладное расчеты основных элементов соединений и механических передач. М.: Кзд-ео MATH "ЛАТМЭС", 1997. 89 е.).

Дярсбзщя работ. Результаты работы доложены и обсушены на научных конференциях и семинарах: на Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии машиностроения" (МАТИ, 1993 г., 3 доклада); на XXI Гагарккских чтениях (МАТИ, 1995 г., 1 доклад); на XXII Гагарикских чтениях (MATH, 1996 г. 2 доклада); на Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (МАТИ, 1997 г., 1 доклад); на XXIII Гагарикских чтениях (МАТИ, 1997г., 5 докладов); на научных семинарах кафедры "Детали мазик и Т1А<" МАТИ им. К.Э.Циолковского (1995, 1996, 1997 гг.); на научном ейошаре отраслевой лаборатории МАП-РсйЗлТЯ! "ВысокозфФектиБКые соединения композиционных материалов" (1995 г.); на научном семинара кафедры "Аэродинамики, конструкции и прочности JIA" МГТУ ГА (1997 г.); научно-техническом семинаре НЦ "Эксплуатация ВС" Гос ИМ ГА.

^¿¡ейшдапеш диссертационной работы состоит в разработке методологии, возводящей оценивать надежность как создаваемых, так ц суцэсизугацюс конструктивных элементов ЛА с использованием км,

а тагско дгпдай шгмсштость существенного продлякет ресурса з/таг/атируадкхся ЛА за счет использования новых верснокткгяи технологий зосстачсвятолыгаго ремонта на базе П и КМ.

КуО-тазят. По теме диссертации опубликовало 29 печатных работ.

По сярущгро и сэдояезяо диссертационная работа состоит из взедения, пяти разделов, заключения, включгящего основные гьгаодн, п списка использовании источяжов. Работа изложена на 12,5 печатных листах текста, содержит 104 рисунка л 19 таблиц. ЗиОлиографкчеаагё слксок вксочает 253 наименований.

СОТЛГ.ЮН СОДЕРЛЛО РАЗОИ

На ядздслш обоснована актуальность то:« яссагодовшкй. '\:аро.чтеразопаяа гдфективкость притеняя КМ пря создания, •эксплуатации и ремонте современных авяацяоягаос конструкций. Подчерж-утс, что пр:: проектгровак'.я "узка*" кестс« згзяэтся -р^ацчлокая сзагигэсяа рациональных уалоа савщю«к\ а сксгиуатзди - крггклгдные методики ог.'энкл —гост;: тгчяолог;'* яэссх-гчзгкгелыиго ремонта. Отмечено, что- сдгам кг оояозггос ^хзяторсв, определяла ресурс авиационных конструкций с использованием КМ, схуяат вопроси дют«ьеой « юзазпесюоЯ црсчжялв /л! пра зксплуат-'гионких релзшах кагруаэвха. Еч-авяеяы сС'ьс:~ганыэ пр^г-шы, услскняетка исследование выносливости КМ.

3 гяраш /задаю охарактеризованы области применения КМ ~рй создании и лсссгшовнтэльксм ремонте конструкций современных и перспективных лд (нгсуцко сбгавки фсзэляка, крыльев, поверхностей управления; элементы силового п£бсрз -летаете, стротсрц, кергсры, спангоуты; ферменные конструкция; обтекатгли; лопасти илпгов I! т.д.). Отмечено, что внедрение" "а «язплудтздк (особенно в ТА гражданской авиации, гдэ предмглдвтся поваленные требования к обеспечения безопасности полетов), злеыентсз конструкций, изготовленных из КМ частично игя подноска, значительно усложняется вследствие фактического отсутствия °мэгодолегии прогнозирования их ресурса к оценка яадеяаоста при эксплуатационных режимах нагружеют (длительном

воэдейотака переменных во времени нагрузок). Подчеркнуто, что прамонение в этих целях соответствующих расчетных методик, разработанных для прогнозирования долговечности конструктивных злеиавтав ЛА из традиционных материалов, требует по меньшей мере существенной коррекпфовки, учитывающей специфику свойств КМ. Показано, что при эксплуатации современных ЛА одними из особенно Еакньи сталовятся вопроса выбора, обоснования и оценки надежности кешкх технологий восстановительного ремонта (с использованием П И КМ).

Ка основании отечественного и зарубежного опыта зкеплуатации авиационных конструкций о использованием КМ выявлено, что опасными с точки арэкия преждевременного исчерпания ими эксплуатационного ресурса слудат области узлов их соединении, разрушяние которых носит, как правило, усталостный характер. Подчеркнуто, что прикладные научно-обоснованные методики сценки эксплуатационного ресурса и надежности соединений конструктивных элементов ЛА с использованием КМ к настоящему времени практически отсутствуют. Отмечено, что по этой причине соединения элементов конструкций современных ЛА, частично или полностью изготовленных из КМ, выполняют неоправданно перетяжеленныыи, что не позволяет полностью реализовывать на практике основное преимущество КМ перед традиционными конструкционными материалами - добиваться за счет их использования желаемого снижения веса конструкции ЛА при сохранении требуемого уровня надежности. Если теоретически выигрьш в весе за счет применения КМ в силовых элементах авиационных конструкций ожидался порядка 15...30' по сравнению с металлическими прототипами, то в реальных ЛА, эксплуатирующихся в настоящее время (Ид-76Т, Як-42, "Боинг-747" и др.), исключая ЛА специального назначения, он составляет в лучшем случае Б...10% вследствие применения традиционных методов проектирования и оформления узлов соединений.

Отдельно рассмотрены аспекты восстановительного ремонта элементов авиационных конструкций с использованием П и КМ. Подчеркнуто, что зоны подобного ремонта по ряду конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов (вопросы оценки надежности в прогнозирования ресурса, практическая реализация, режимы нагружания при зкеплуатации и т.д.) аналогичны узлам

соэдинекяй кокструктигта ЭДСИЭНТОВ ЛА С КСЛОЛЬВОШЦП!еМ КМ.

Сформулпрозазы цели исследования, глазной из которых является разработка и обосковаБИЭ ккгодояггуи прсгкгззаровггая рссурсз гтзгялусет^ш соедшекай яяагцуогшня гаигсирукццз}, «задаст &а попосзгли штгагж1ш?етгах из /Ш, реашзждш тжорой лз яра.'гжэ позюяяш создавала» рациояалакш соадшшпия, удовдеягорягз-И яребозжитз иссотй ггффекшгтсяг, яадекпосш и гэ.-г.таз, а таюсе с'^тадсль пддеюгосяь нолил сэхпсиягиЗ рэкзхп (о ксподьзсзагшем П и КМ) при восамзовжпт логрзадззгггг саз

Отмочено, что методология, разработанная авторш на основания отечественного и заруСажого опыта эксплуатации подобных гозструкций, базируется на рэзультатах комплексных аналитических (детальный анализ ИКС) и ррсчетно-зкспзржянтальаа (анализ долгоеэч1г0сти) исследований, гетеры? даят всзикаюсть сбсскозаяяо прогнозировать усталостное разрушение соединений и оденизать их эксплуатационный сесурс.

Егсрзй рездгл посвящен вопроса рг&ххяэ'хяаг.фж^з&гягэ гяалнза доягозэ»жвш» содзвдгвдд аяжкка» жгз.р'зпгм папгдавдЗ с шкшвгшгздс:! К!?. Подчеркнуто, что дапнкй анализ кэзогксжэн без изучения закономерностей выносливости КМ, поскольку теория усталости КМ к настоящему времени еще ко разработана.

Приведен аналитический обзор полученных, а таге» обобщенных и систенатпз:гроЕ^аних автором отечественных в зарубежных экспериментальных данных, хараетериаущкх сопротивление КМ действия переменных со времени нагрузок. Выявлены основные фактору, зишяяе на циклическую прочность К.! (асимметрия цикла и частота иагружэнкя, анизотропия свойств и. т.д.). Описаны особенности кривых выносливости и диаграмм предельных .амплитуд КМ» показана возможность их аппроксимации, а тагеиг описали рассеивания циклической долговечности КМ сукэствугяггм математическим аппаратом (степенные уравнения долговечности; уравнения ГерСэра, Боляера, Гудмана для несимметричных циклов нагружнил; распределения логарифмически нормальное, Вейбулла а Гумбела для, описания рассеивания циклической долговечности). Приведен ряд методических рекомендаций по вопросам проведения экспериментальных исследований усталости КМ и статистической

схЗрайотки получаемих в их процесс® результатов. • Рассмотрены вопроси кинетики накопления повреждений и ьшааизмы устадсйтного разрусения КМ.

Выявлено, что, как правило, подобное разрушение происходит, когда остаточная прочность КМ уменьшается до уровня >.'а>ссимшгьньк напряжений цикаа (понятое усяш&го продела гмзоснжхгн КИ); при этсы по маре увеличения нагрузки или числа циклов нзгружезгал плотность трэггш возрастазт, а аесткость К?.! постепенно уменьшается.

Отмечено, что прогнозирование эксплуатационного ресурса соединении и оценка надежности технологи!! восстановительного ремонта элементов авиационных конструкций с использованием П и КМ усложняются, во-первьк, вследствие отличия физико-механических свойств КМ в области непосредственно соединения (ремонта) от характеристик материала в рабочей зоне конструктивного элемента, а, во-вторых, по причине локальной напряженности в области соединения из-за концентрации напряжений, вызываемой как отверстиями под крепеж (в случае применения механических и комбинированных соединений), так и разницей жесгюэстей соединяемых конструктивных элементов.

В связи с этим отдельно рассмотрены вопроса выносливости КМ с концентраторами напряжений и предложена методика ее анализа (рис. 1). Отмечено, что наибольшее применение в современных авиационных конструкциях получили армированные волокна!,и КМ, пакеты которых включают однонаправленные продольные, поперечные и перекрестные (¿<?°) монослон. Установлено, что при эксплуатации разрушение таких материалов может происходить вследствие развития осевых, поперечных и так называемых внеосевых (вдоль волокон с ориентацией ±9°) трещин, растущих в результате действия на пакет Ш интегральных напряжений Сд, бт и б(<?) соответственно. На начальном этапе анализа выносливости КМ сложной структуры пакета с концентраторами напряжений предложено «спольгсвагь разработанную авторш модель статического разрушения, которая позволяет прогнозировать его характер путем определения минимального из трех разрушающих напряжений бд, бт, 5(<р>. Отмечено, что конкретная форма разрушения зависит от свойств КМ, схемы укладки слоев пакета (структуры армирования) и размеров концентратора, а формы

статзгаескзго и усталостного разрешения одного а того жа К!.! могут отливаться, причем КМ, обладающий больпим пределе»! прочности, нередко имэет худпиэ характеристики сопротааленил усталости, Подчеротуто, что на процесс раззития усталостных трещин существенное влияние окааываэт характер изменения свойств КМ под воздействием переменней во времени эксплуатационной нагрузки. Таким образом (помимо модели статического разруиенкз), для анализа вьнослявости ЮЛ с концентраторами напряжений требуется изучение сопротявлэгаи КМ усталости путем праведек;п статических и циклических испытаний как однонаправленных сбразцсл КМ (для определения свойств его мснослойв) так и образцов, кмеез5'-х слсхпуг: структуру пакета; Вкявгено, что если при этом на нвкстсрсЛ базе лспытенкй определено изменение лакщэккх свойств пакета КМ гешэтрия распущенных участков, дхя прогнозирования остатсчлс' про'-агости и г.еаткости КМ достаточно обоснованно иск:?'.-использоваться недель статического разрушения. Подчеркнута, чтл <: влияний на Екносглгоота В4 с тонаэнтрзтораии изпряже:а:. копстр'/жкинс-тсхказогичэоюи и эгашуатационках факгероз дал зог«с.тасста судит* результаты испытаний образцов Се* концентраторов "ззряжзшы.

На основании проведзнкого изучения зэюномерностеа устас&:т:; ЮЛ езтерои предложена обобщенна-! схема расчэтно-згаперп.гентяль.-;огс анализа долгопсчясзтк сседкязктй эяомеэтоз конструкций ЛЛ г исясльгзгэнном ЮЛ (рпс. 2), позволяющая существенно упростить иг:-. пронэдуру прогнозирования ресурса соединений, т-зх оценку кздетсзсста нсзхк технологий восстановительного ремонта авиационных ¡»кструкциЯ. Отютгкз, что дакнат иетодюа з несколь. модифицированием в;:-е мсиет использоваться и для прогкогирова:-»!»: ресурса иепоергдетвеггяэ элементов конструкций ЛА, частично ¡:дл паг::остьп ютотовлеляш из КМ, подЕэргаидася воздейскл'.; пеоснс-кпык во вракгка натрусок.

Подчэркт/то, что при выбере критерия устазостксго рзгрупв:::и !<!,: а области ссздйненая необходимо исходит* из реальных фере* исчерпания посягай способности при эксплуатационном натруямккя, с. модель уотал^ткзго ршрупэзия ХМ должка адекватно отражать гсшеткг/ накопления псгрсяцекй под действием переменно'! во времени азгрузк:?.

- í 4 -

Pec. i. Бяок-схеаа анализа усталости КМ с концентратором

напряжений

"0X53230, чш pSSpSCOTKS 'Л ССССпйооКИЗ УДОВЛо'ЕСрНЗСЦиЙ STCM

трейозанипм • издали предусматривает з^пс-ржеЕташюэ таучекка скгосзнет характеристик прочности и г.зстгасти ¡04 в процессе тиическаи испытан;«, а для кахсздекия пграиэтрсз недоли з устозкях отсутствия или ограниченности соответствуйте» справочных данных яеозхедя® проведение статистически представительного стато:еских и усталостных испытаний сОразцсз-свидетелей. С цель» арозеркя адекаягксста «отдели рззрупеюа рэгздмсадозако проведение щклачогозк испытазий ограниченной сер:« натурах Ощ^дастк) сбрзгцоз, результаты готсрых псзесшпот з случзэ несвкогеткхт юррвия'.рсззгь мозоль (рте. 2).

"глг-.-кр, ясгазгад,- что г основу екс-rota усталостного рпгру&вздз стнсспгдхсг. к перспектизнш И.! выссксаюдулькьк я углсилгстиксв достаточно обоснованно могут Сыть логскоки неделя статического рззрузс-нил. Приведены ссотксззнкз, епакизакр» снижен;» тдуля упругости, урзлнаяжз остаточной прочности, а таете газисякость мелду озтагечнют проитостъа и д-сткостзя уггепласт.пкз -

а _ се

{E(:f)/E(0)> • 1 - II С - В) N, (1)

гдо «, И, 3 - пгрлкзтру; К - а чзедах цккзеа; Е(М) -

тэнугтй. а Е(:) - «зггаайкй надула упругости;

5С(??) - 6е(0) - 3е к К, (2)

где б(") - сстатсчпзя прочность; 6(0) - статическая прочность; с, 3, k, b - п-рзотп'/:

at а

ес(Ю - <5С(0) - Зс'<(бгл,?)%{СЕ(Я) - Е(0) 3/НСЕСО) - 2] >, (3)

где В • б/Ер, £р - дэйсрм£1;ия при ралругзции, 1 параметры с~ргд?ля~тся гр=д::гктным методом с пскспзв пахэтез стандартам программ для 5Ш ка оснсвзяиа результатов статических и кяеттеесп« * исютдоЯ образцов-свидетелей. Отмэчэно, что для псстрсшп-'а исд-злх остаточной прочности углепластатез могло

Рис. 2. Обойденная схема расчетно-зксперимантадьного анализа долговечности соединений конструкций ЛА с использованием

КМ

шюльзовать поютанме, согласно которому распределение их статической прочности описывается двухпараметрическим распределением Вейбулла. Принято, что разрушение будет иметь место, когда остаточная прочность углепластика станет разной максимальным действующим напряжениям цикла, т.е.

б (М) - б™«. (4)

Показано, что, учитывая практическую линейность диаграмм деформирования углепластиков, близкие (4) результата получаются кз условия

I

е (Н) - еа. (5)

В заключение особо подчеркнуто, что при циклических испытаниях как образцов-свидетелей из КМ, так и модельных образцов наблюдается значительное рассеивание усталостных свойств, а показатели степенных уравнении выносливости КМ кз порядок больше, чем у традиционных конструкционных материалов. Таким образом, даже относительно небольшая погрешность при определении параметров напряженности, используемых в уравнениях долговечности, допустимая при оценке несуцей способности в условиях статического нагружения, может привести к существенной ошибке "не в запас" при прогнозировании эксплуатационного ресурса соединений и сценке надежности технологий восстановительного ремонта элементов авиационных конструкций о использованием П и КМ.

Отмечено, что отсюда • следует необходимость детального анализа Д?С соедияевий элечетов авиационных ковеяруяццй с иаюлогаяаяиеы 8И, аспектам которого посвящен юреяш раздел.

В орешеы разделе подчеркнуто, что подобный анализ (рис. 3) должен предполагать построение обоснованных расчетных схем различных соединений, классифицируемых как по принципу конструктивной реализации, так и в зависимости от условий эксплуатационного нагружения, и решение задачи о полях напряжении и деформаций с помощью основных соотношений механики конструкций из КМ в уточненной постановке (с учетом, если это необходимо, влияния переменкой геометрии, нелинейных эффектов и поперечных

упругих постоянных).

Рассмотрены расчетные схеш напболез распространенных сс&дкнэн;ы тсигастеш-шх авиацлояшх конструкций, часппжо или г.олбооп» изготавливаемых мз КМ. Отаечоно, что описание полай налраиэний и деформаций соединений требует реазния краззых задач механики конструкций из КМ. Показано, что получение аналитических решений подобных задач предпочтительнее, поскольку его налкчиа позволяет описывать НДС целого класса соединении. Однаи (вследствие слакксст;: уравнений механики иокструкцан из КМ б уточненной дсстаясгие} акаятиескне реззаиа задач о НдС

Анализ НДС соединения |

ютро¿«и; сЛгетгл^б»; расчзтной си&м*

Резккиз задача о полях ваяр«даг,:ай и деформаций г кзс^глх,**}

Определен;» параметров напряженности, ютользуенгос

•для прогнозирования долго^в^ггсотк

Рис. 3. ОСсС^-гкиая схег^з детального анализа НДС класса соединений ад'кентов евяшяазвих. конструкций с «пользованием КМ

соэдтаезпй удагтся получить только при достаточно дестккх сгра-'пг-грнкях пс азпзотропии свойств и гес-.'.етркческим параметрам, а та.тае при услолки принятия целого рядз. упроцзгзгя гипотез о характере взаимодействия составных элементов соединений. Подчеркнута, что аналитическое описание пелен напряжений и деформаций воз!тапно л:!Д2> для ограниченного масса соединений листовых и трубчг-кх элементов коястру:щий с псполъговакием та.

Откачано, что в настоящее вррю оововшаи мгтодакя расчета компонент НДС соэдзгаенззй при оценке их эксплуатационного ресурса, проектировали», согдазяа и отработке конструктивных элементов с згапользсвазгаем Ш сл>тат численные, погзолгЕсщие получать требуемую З'лгйсрмаш-я пр?. )впп!мзльннх сгрзаэтения;! по геометрическим и ыеханзгчосгсш параметрам. В связи с эгю рассмотрены вопросы постановки, особенности и этапа реализации применяющихся на практзгке чгсленпьк методов реяепия задач о НДС соединений, а также аспекты гаррэчтяэста получаем:« путем использования данных методов ранений. Приведены примеры применения р&зяячиых числеккых методик оценка НДС со?дзж--яай, охарактеризованы их преимущества и недостатки. Отмечено, что в настоящее гремя для списания НДС соединений ¡снэтругагазннх элементов, частично или полностью изготовленных из КМ, основным является метод конечных элементов (МО), поскольтсу его алгоритм позволяет проводить исследования НДС при наиболее общих граничных условиях и эксплуатационных нагрузках. Выявлены трудности и причины возможных погрешностей при решении задач о НДС соединений численными методами.

Подчеркнуто, что решение задачи о пслях напряжений и деформаций класса соединений в уточненной постановке в совокупности с здекЕатяо построенной моделью разрусекия да=т в дальнезшом возможность сравнительно простой оценки ресурса ЗГГГиТуаТЗЦКК ЦЭЛиГО КЯоССа соедккекик вВйЗЦКОпгшл КОНСТРУКЦИЯ с использованием КМ. Отмечено, что если при этом справочные данные по пынослквости КМ отсутствуют, параметры модели разрупениа когут быть найдены путем статистической обработки регультатсв усталостных испытаний образцов-свидетелей, а проведения испытаний натурных (нодельких) образцоз не требуется. Таким образом, процедура оценют ресурса (надежности технологий восстановитель нага ремонта) значительно упрощается.

В цвддододо раздела рассмотрены аспекты апробации разработанной методологии прогнозирования эксплуатационного ресурса соединен :а элементов авиационных конструкций о использованием КМ на примере оценки долговечности стержня из углепластика (на основе связующего ЭХД и ленты У0Л-300) с металлической концевой арматурой (клеевое соединенна "на ус"), являющегося регулярный элементом ферменной конструкции крепления антенны локатора спецсаюлета и работающего в условиях откулевого (пульсирующего) гастикзнш. Отмечено, что при эксплуатации ферменной конструкция клало место преждевременное иочэрпаниз ресурса отермкот"-:." элементами при додгсгзчкоста порядка С,7...О,2 от расчетной, причем наблюдалось устадостное разрушение сгоржкг* (хуогкозцрзвалось исчерпание несуцей способности каеазе? ~~ ^ ') г.рсь'^тояьии около 0,05 ' Ь сг гйлцэзий ариатури ^»с,-сэадяаоюзд > гд? Ь - длина рабочей в^ян стержневого

т,стг. стср:к:ей (рис. ?.) про»,;;.«« >и-, ¿оновст::; т.' - • . ^{-.пгл!'.'. '.л'тум обработка ровуалтг-гл ит&л:чзсдех к - - г,;,к сЗй^.цов-сзвдзте.£оа .г ¡\'; '¡;:~-:с«.тсг-.т'ч

• • " " -"Л'О,;^. о короетом для пдргь&г-ро^

'.ст^гАЧа гщзруаекия). так V Улчг- (катур1ЛС\}

■^..г-цс" (дня здечЕ«й?.оота иоц;>лО. !№аздкзв8зк;г>

"Лроз^ :с:эли структуру пакета С0°/90°/0'1.э, соятвзтствужгзу^: сх'.-ми- араарсзаш реального элемента. Устапэвлсго, что диаграг* дефоршдозанж» при статических и усталостных иотяанаях лииэйш, й раяругбН"в с; кссиг хрупкий характер; морфзлоигч отаткчеоксго ;; циклического изломов практически совпадают, а зона раврукс;.... модельных сбрггци (область одной из зжонпово;") фзктичсс.: • ссзаздает о разруаэния натурных элементов крк эксллуатац : фермакжа кокггрухдий. Отмечено, что ври ч»!>иаг-:^гуг-и .гаагж,: наблюдалось постепенное снижение упруг:л характеристик Ш, о«./, следует, что параметром, отражающим - позрлстааезеуеь КМ г эксплуатационном иагружении, является снижение жэст/дасти. В св:;-' с згим подчеркнуто, что условие разрушения кол?т быть принято : Еэде (4) или (5). В основу лредложенкой модоли долговечное оценка надежности стержневых элементов шжхг>%э утверждение, V. • статическая прочность К?.; подчиняется "»у^гпраметрическо '

распределенко Векбулла, а снижение остаточной прочности КМ описывается степенным уравнением, что соответствует результатам проведенных испытаний. Для проверки адекватности модели по ее параметрам построена теоретическая кривая усталости стержневого элемента с металлической концевой арматурой, которая практически совпадает с кривой выносливости, полученной путс,* регрессионной обработки экспериментальных данных.

С целью уточнения параметров напряженности, необходимых для оценки долговечности и надежности стерккевых элементов, проведено детальное исследование НДС стержней в области законцовок (зоне ¡?раэвого sárfc^ft), базирующееся на сбщтх уравнениях механики инструкций из КМ, получении В.В.1 Васяльэвкм. Подчеркнуто, что классическая постановка задачи теории упругости для стержней не позволяет объяснить наблюдавшееся при эксплуатации ферменных конструкций разрусение. В связи о этим в качестве расчетной схемы стержня была принята цилиндрическая круговая полубескокечная ортотропная оболочка, отнесенная к ортогональной криволинейной системе координат - координат (ог,з.т) (рис. 4), причем за Поверхность приведения выбрана внутренняя поверхность стержня, имехдая радиус R. Для случая граничных условий, соответствующих йесткому з-креплению при ot - О, помучена аяллизичеспов pesteпив задачи о полях напряжений и деформаций стержня в уточненной Постановке (с учетом изменения метрики и анизотропии характеристик КМ), описывающее краевой эффект в области клеевого соединения "на ус" рабочей зоны стержня с металлической законцовкой. В частности, для прогиба стержневого элемента найдено выражение -

го(а) - VoCexpí-ktí>(K-siníka> - cosíka}) + 13, (б)

где k - fi(R,h,E(a),E(0),H(«3),mBa>); К - f2(R,h,Era>,Е(3>,Д(«3>, UfB«)); W0 - f(N,R,h,Effl),Mfot3)); Е(<Х), E(B) - модули упругости, а U(oiS), M(Sct) - коэффициенты Пуассона КМ в соответствуших направлениях.

Решение (6), уточняющее полученное без учета изменения метрики и анизотропии КМ соотношение на 10.,.12 * "не в запас", в совокупности с результатами экспериментального исследования выносливости материала стержней (значения показателей степенных

Рис. 4. Расчетная схепз рабочей зоны стержневого элемента из КМ с металлической концевой арматурой

уравнений долговечности) объясняет преждевременное кочерпаккэ стеркневыми элементами эксплуатационного ресурса. Зона разрушения, наиболее вероятная с учетом (6) Ого(а) - ко"***)» практически совпадает с зоной разрушения стергаей .гри эксплуатация (ркс. Ь).

Подчеркнуто, что подученные аналитическое решение о НДС и данные расчетно-зксперимекталького исследования долговечности углепластика могут пирско использоваться для прогнозирования ресурса эксплуатации стергкнегых элементов авиационных конструкции с использованием КМ, существенно упрацая процедуру оценки их долговечности.

Рис. 5. Изменение прогиба и зона разрушения стержня

Яетй раздал посвящен вопросам использования П и КМ при госегсаолгазлыкта решагк поврежденных зон различных (композитных, металлических, комбинированных, сотовых и т.д.) элементов существующих авиационных конструкций и аспектам оцетт падехиаспи еспшс реггоняии кехяологявТ. Обоснована экономическая эффективность создания подобных технологий восстановительного ремонта (например, только в течение 1992-95 гг. стоимость сотового аакрьаша транспортного самолета Ил-76Г площадью 1,2x0,5 м2 возросла в долларовом эквиваленте в 20 раз). Выявлены дефекты поврежденных элементов авиационных конструкций (локальное смятие сотовых заполнителей, вмятины несущих обшивок от попадания посторонних предметов, коробление несущих обшивок, их отслоение от наполнителей и т.д.), при ремонте которых эффективно использование П И КМ.

Рассмотрены и охарактеризованы основные методики контроля и обнаружения дефектов, применяющиеся на эксплуатационных и авиаремонтных предприятиях. Приведены практические рекомендации по

ЕосстаисБлению поврежденных аак. Предотазлеш иэнструкгигкыэ схемы восстановительного ремонта типовых сотовых авиационных конструкций при частичной и полной замене сотоблоксв. Отмечено, что даяиыо последующей дефэктацик, не обнаруживающей водимых повреждений восстановленных асн, подтверждают надежгасгА с«ь)емантирсванщ« сетевых конструкций при эксплуатационных кагрухзкия.

Подчеркнуто, что опыт эксплуатации ряда тяжелых транспортных самолетов с восстановленными элементами сотовых конструкций дазт ¿эзможнеегь существенно расиирить нормативные допуски на повреждение срйднвкси'рулекных элэментоа ко 11 с r¿ р у Кцал (со 1GQ ¡.с^ ,,;о £50 мм*). Эти дьаино подтверждая! «ффожмзденя» шяольэсьалия к км при аосотайоаитедьлой ремонте авиацаонаын койоадмций.

ÜCOÜC4! мгъьние уделено вопросам п-оора технологии >^jcaís-^r.í^uu-ü ix.bO/u'a шзрйздевных колете, хтййньд с^емгнюа <.-.. о „;зч-;1.о, ч.-о ебодеамшве иЛара раяишми аихиагами п,'X-.A-jü«'- к'-ал^кеккх 8юпер»к-клг:у»г. -т^орстггосвак л ц.:^;1 o^wci характер 1 нагрудоунооги пшре'здбише .-г- икгг-уытй, и-мжжл кх щ>«-,ч • да&ы* № . v/ i' . . .: .-..- ,';„júS: поело реиима. :-.кзаз

■, ' т. : лгь элементов, ме-лсдил яржголого,

* -v:..íí -i. о и прсиерочього расчетов, sscSopa твдц'удашю , ,т;ля контрольных ксяыганш; зкэясшч-эской'

шза-мсзрвсмозгл wc сэдмчз ремонта, тек к г^гры: на еоада»«и* к :е-:;,ко-теор^гичасксе оскзснссакие рэнэмод тешхвогиЗ.

Сж?ч?ь;, что при pcepsíonw технолог^ вс,гс?0Н0в;»гвлькзг0 р-э«с-:та л^¡.н1Г\ злзкентсв авиационных конструкций кеоЗходк!» (:««р«ду с híxasiwecK.2( свони: а П и КМ) «ракша» со

гн;о/ан>1 а нс-сь комплекс конструктивно- текиологячвсюк и . пьра^этроз и факторов, на кесукуа

опосоввость ьзсстаззигазавмос гон. Для расчетного акал;;аа рекомендовано использовать достаточно простые, нэ корено згрсСпровахные как экспериментально, та'-; и практически методики, г.огголпкс;:е определять рациональные геометрические параметра вон госстаксв.-.гг.ия, а при отрвСотке ремонтных телкслогяй использовать для оценки их надс-хкссти вл"чние неоуцей 'способности того или икса элемента конструкции на обхуд надежность ЛА.

Подчеркнуто, что по ряду как эксплуатационных (в первую

очередь, условия кагружэкия), так и конструктивно-технологических (аспекты практической реализации) факторов восстановленные путем ремонта зоны аналогичны соединениям конструктивных элементов с использованием КМ. Таким образом, для оценки яадеявост аехлологий шкхяшошя&ЕЫюго рсмошха доспапючво обосвовата тхио прииспяаь рззрайсдаинуя атаэроы . иеяодалогшэ проаношроваг/ия ресурса зяаиузяаццц сведоаений. В связи с этим отдельно рассмотрено влияние на ресурс наиболее распространенных в настоящее время механических, комбинированных и клеевых соединений элементов авиационных конструкций о использованием КМ различных технологических факторов.

Выбор и расчетное обоснование ремонтных технологий подробно рассмотрены на примере восстановления типовых сотовых авиационных конструкций, которые условно модно отнести к классу средненагруженных (тормозные щитки, вакрылки и т.д.). Для восстановления вмятин несущих обшивок рекомендовано местное усиление поврежденных зон путем заливки с целью укрепления сот Полимерного сваэусцего и последующего скрепления элементов конструкции в зонах дефектов посредством заглупек-саморезов. При ремонте покоробившихся обшивок (или их отслоении от наполнителя) показана пзможнсстъ удаления повременных зон, которые после укрепления (или замены) со? усиливаются с одной или двух сторон накладками (металлическими, ыеталлспластиковыми, из КМ) с помощью клеевых соединений и механического крепежа.

Поскольку принято считать, что несущие обшивки подобных конструкций раОотазст зга растядеяле-слагие и изгиб, а сстсблок обеспечивает неизменность их строительной высоты, мслно полагать, что еключекга в работу усиливающих накладок после проведения восстановительного ремонта происходит за счет касательных напряжений, возникающих в клеевой прослойке. Таким образом, оценка надежности восстановленных зон фактически сводится к прогнозировании долговечности типового комбинированного клеемеханическсго соединения внахлестку, где наиболее слабым элементом является полимерная клеевая прослойка, работас^зя ка сдвиг.

Показано, что при построении расчетной схемы восстановленной зоны для оценки ее НДС (рис. 3) целесообразно использовать

достаточно хорсиэ апробированнузо при расчетах соединении модель составного стержня. Отмечено, что в случае использования при ремонте однослойной усиливающей накладет для полей напряжений и деформаций может бить получено аналитическое решение краевой задачи теории упругости; в противном случае задача решается численно с помоцыо МКЭ.

Подчеркнуто, что для снижения концентрации напряжений в клеевой прослойке следует применять усиливавшие накладки со скосой кромок, а рациональный подбор конструктивных параметров восстанавливаемой зоны (минимальную величину нахлеста усшшвгвдей какгадки на неповрежденную обшивку, скос кромок, ыэстоположение гдомонтса механического крепежа и т.д.) можно осуществлять, используя систематизированные результаты анализа НДС типовых кдеемгхакичзсккх_ соединений, причем механический крэлеж рекомендовано размещать за зоной передачи усилий в клеевом соединении. Кроме того, на основании анализа НДС зосстанаяливзэмых зоя показано, что при ремонте сотовых аьиацио^йых конструкций цэлгссобразно применять усшивазаив на?и:ад/^;, г.о ферме близкие к скрулиости. Особо отмечено, чю сцзьта «онохигнооги зоны усиления необходимо

исследовать возможный эффект расслоения полимерного связующего при наличии поверхностных иди сквозных тренда в окрестности отверстий под механический крепеж.

Расчетко-экспериментальный анализ надежности технологии восстановительного ремонта (рис. 2) предложено проводить путем обработки результатов испытаний образцов-свидетелей, вырезанных из отремонтированных конструктивных злемектов, из статическую и циклическую прочность•

На конкретных примерах реализации восстановительного ремонта авиационных конструкций показано, что рациональный выбор ремонтной технологий позволяет • предать ресурс эксплуатации поЕрзхданкых конструктивных элементов прииэрно в 2...2,7 раза.

ОСВОЕЗШ РЕЗУЛЬТАТЫ Я ИЕОДИ

В результате проведения комплексных аналитических и расчетно-экспериментальных исследований зперзые разработана, паучпо обосспваяз, даведвва до создатя прикладных расчетах иегодт а апробировала методология рзсцеюю-дилт;ггл/естГ< оцо.ти ресурса соедивеяиг» копсярутшпых алемешоз ЛА с исполыювлшеи КН, пршютшая для лрогяоздровашя далзове-чьосгй колскрукдан нпк современных, пак и проеняируегчх ЛА, а гения? для яибора и сбосвоъзшя поших перспективных технологий всссгянояи'гальссао рс.'жгяз папрохдеппах зол аленекков юшетдокций Л,1,

что кажю рассматривать как решение важной научно-технической проблемы, связанной с обеспечением безопасности полетов и повышением эффективности эксплуатации парка гражданской авиации.

В рамках проведенных исследований получены важные результаты и сделаны следующие выводы.

1. Рассмотрены закономерности выносливости КМ, необходимые для прогзогировапгя ресурса совдипстш и оцепят надежности веталвгий госсшглтгелъпога ремонта авиационных конструкций с использованием П и КМ:

- уаг-товтпо, что обвузя аварии тпаатвоат КМ ецс во разработана, в связи с чем предламшо использовать при прогнозировании ресурса сфорнулгроваюгое псидаус уелоягого продала уаяалост КМ;

- обобщены и систематизированы отечественные и зарубехкые данные, характеризующие сопротивление КМ усталости, и выявлено влияние различных конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на выносливость КМ;

- разрабаагвы рекомендации по проведению циклических испытаний КМ и показана возможность- списания экспериментальных результатов о помощью известного математического аппарата;

- систематизирован и представлен обширный материал, характеризующий аспекты сопротивления КМ воздействию эксплуатационных нагрузок, который может использоваться при прогнозировании ресурса в качестве справочного.

2. Разработана и апробирована модель, пезволяицзя арогвоаироааш язлгокзчвоевь и оцвтиааь ресурс эксплуатации

злемэктоз конструкций ЛА о использованием КМ и их соединений:

- экспериментально изучено снижение остаточной прочности и жесткости перспективных КМ (углепластика);

- уаяаваляево, что накопление КМ повреждений при эксплуатационном нагружзнии носит рассеянный характер;

- показано, что в основу модели прогнозирования долговечности и оценки эксплуатационного ресурса элементов авиационных конструкций с использованием КМ к кх соединений может быть положено степенное уравнение остаточной прочности и предположение, что характеристики статической прочности КМ описываются распределением Векбулла;

- прохложжо определять параметры модели разрушения путем с;атлетической обработки результатов статических и ■ циклических испытаний образцов-свидетелей, а для проверки ее адекватности и (г.ри нэоЗкодим.ссги) корректировки проводить испытания ограниченной сгрзи юделша (натурных) обрззцоз;

- г.ад'зер-ъг/гя, что разработка адеккшаой шдели ¡шру&вЕИЯ КН саг.тчтясга с сссгааааншиц, огльяяавц.гм соохшмий,

учросаза» процедуру прогнозирования ресурса соединений (оценка кздекносга технологий г.псста-лэвятэлького ремонта), поскольку параметры модели в этом случае могут быть кайдэны на основании сщмхгчнад данных по выносливость- КМ. При отсутств!и последшш параметры модели рагру2с-к;1л определяются на основании результатов испытаний образцов-свэдетелай, а пр^адения испытаний «сдельных (натурных) образцов не требуется.

3. Рал,оз*жака (шделй разрушвия ГЯ с говдеетуза^оредм напрзшвииЗ:

- оОосназзгц необходимость изучения сопротивления усталости КМ с концентраторами напряжений при разрабояяэ методологии лр&лгодаровакия эясплуапзциотихго ресурса ссгдаяешй и одечгш и--ДО7лосш рсушотж* юмю-зогий элементов авиационных кскотрукцнй с использованием П и КМ;

- с целью построения модели выносливости КМ с ;:':;;цгнтрзторами напряжений проанализировата реальные формы разрушения их пакетов в характеризующихся локальней напряженностью с-С'плЯ ссод'днеп'лй л\с-п"св авиационных конструкции;

- кстм-ют, что разрушение одного и того же КМ при статическом и усталостном кагружении может носить различный характер;

- для его предсказания разработает тдохъ сгяашчссетго ргдруггшя КМ с вазцыларгзарзт;

- показано, что разработанная модель в совокупности с данными статических и циклических испытаний КМ, определяхядими на заданной базе изменение локальных свойств пакета и геометрии «го разрушенных участков, позволяет прогнозировать остаточные прочность и жесткость, а также характер разрушения КМ при эксплуатационном нагруяении.

4. рассмотрены вопросы Епвррогмп каких рстштгх петаяашн поврежденных вон элементов конструкций эксплуатирующихся ЛА:

- сбссговапл целесообразность применения П и КМ при гясеггдсоЕиггътъпоч рот-язкие поврежденных зон ряда авиационных конструкций и подчеркнута вшзкозгтосязг, эффективность подобного ремонта;

- отмечено, что при выборе и практической реализации новых ремонтных технологий определяющими с точки зрения обеспечения безопасной эксплуатации авиационной техники являются аспекты С"9нки дздедяост п&хвотгий госсг.-тоюияслыюго ропота-,

- гшгдггпо, что восстановленные зоны по ряду признаков идентичны зонам соединений элементов авиационных конструкций с использованием КМ;

- таким образом, для оценки вадетоаги реиогтошх кехпожкий досгзагасило обоснованно мохвя прикгг.тося разргбюяпиая методология прогнозирования ресурса соединений элемсигазв ЛЛ с исяоллосгсаяек

кг».

5. Обобщены и систематизированы результаты анзлаткчч-ских, численных и экспериментальных исследовании НДС соединении элементов авиационных конструкций с использованием КМ. Обосновала необходимость детального (с точностью до 3... 57.) описания НДС при прогнозировании аксплузяаиуаинога ресурса ц оцэяяе надапосш сосдииепий (с целью уточнения параметров напряженности, используемых в уравнениях долговечности).

ОШГЗйШШДПЗШ РАБОТЕ:

1. Стреляез Д.В. Исследование краевого эффекта з тонкостенных стержнях из композиционного материала//М/н кайф. МКМ-92: Тез. докл. Рига: 19Э2. 1 с.

2. Стреляев Д.В. Проектировочный расчет пустотелых валов из ; композиционного каториалаУ/Вопрссы исследования прочности деталей машин. МИЛ, М.: 1993. 5 с.

3. Стреляез Д.В. Циклическая прочность стерхневых злзкентов конструкций кз 1а.шоаиционных катеркалов//АЕТ-т дисс. на соиск. уч. степ, к.т.к. ИДТИ, Н.: 1Q93. 24 с.

•». Новиков В.З., Стегшшчев Е.И., Стреляез Д.В. Лекальная кащжепкость тонкостенных стержневых элементов конструкций из композиционного материала при осесимметричном пагружекк!// \izvjo ¡¿атеркалу к технологии мгапшостроекая: Тез. докл. «ТАГУ, М.: 133S. 1 С.

Ст: Г.К., Стреляев Л.В. Статиоетягсков описание

x^i■.Ч'пг^мотза1, ерэ-жоотн к долговечности углепластика па основе Г8.гы УСЛ-КГ. т. üH&yxspro ЭХД//Ноьнэ махериалы и «еьхноюгяи кг^жострпаг.л.-,: Тез. докл. МГАТУ, М.: 1933. 1 с.

в. Стзпаичэа Е.Х., Стрэлнев Д.В. Модель оцввкк нздкаюста элементов конструкций кз композиционных материалов с Р5сс8якна< позревдекиеу//Новкв материалы к технологии машиностроения: Тез. докл. МГАТУ, М.: 1933. 1 с,

7. Стреляон Д.В. Методика оценки усталостной долговечности соединений конструкций из композиционных ¡.¡гтериалаг//ХХ1 Гагариясхие чтения: Тез. докл. МГАТУ, М.: 1935. 2 с.

8. Митрофанов О.'З., Стреляев Д.В. Проектирование композитных подкрепленных панелей с элементами цилиндрической Форш//XXII

i cuo^/ji^ivrtti чх«алл: дилл. ш л л/, м. I *öüu. с. о.

9. Митрофанов О.В., Стреляев Д.В. Особенности оптимального проектирования крыла малого удлинения аз композитных материалов для орбитального самолета//ХХП Г агар иконке чтения: Тез. докл. МГАТУ, М.: 1996. 2 с.

10. Стреляез Д.В. Оценка циклической прочности соединений конструкций из композиционных ыатериадоо//ЗксшЕуатациояпая

прочность и надежность авиационных конструкций. МГТУ ГА, М.: 1996. 7 С.

11. Постноа А.Н., Стрэляев Д.В. Критерии предельных состояний для оценки несущей способности элементов конструкций деталей машин. U.: Изд-во МГАТУ "ЛАТМЭС", 1396. 47 с.

12.- Семин М.И., Стреляев'Д.В. Расчеты соединенна элементов

> конструкций из композиционных материалов на прочность и

долговечность. М.: Изд-во МАТИ "ДАТЮС", 19SS. 283 с.

13. Митрсфансв О.В., Стреляев Д.В., Харитонов Г.И. Прикладное проектирование комбинированных подкрепленных панелей минимального веса//М/в сборник НАМИ. МАШ, и., 1S96. 3 с.

.14, Митрофанов О.В., Стреляев Д.В., , Харитонов Г.И. Устойчивость цилиндрических панелей из армированных материалов при сжатии// Kl/B сборник МАШ. mm, и., 1996. 5 с.

15. Митрофанов О.В., Стреляев Д.В. Прикладное проектирование компоаитных подкрепленных панелей минимального веса при сжатии//Зксплуатационная прочность и надежность авиационных конструкций. МГТУ ГА, М.: 1997. 3 с.

16. Стреляев Д.В., Митрофанов О.В. Оценка несущей способности соединений элементов конструкций из композиционных материалов при циклическом нагрукении//Новые материалы и технологии. MATH, U.: 1997. 6 С.

1 17, Стреляев Д.В., Митрофанов О.В. Модель усталостного разрушения углепластико2//Эксш£уатациокная прочность и надежность авиационных конструкций. МГТУ ГА, М.: 1997. 2 с.

18. Стреляев Д.В., Митрофанов О.В. Методика оценки выносливости полимерных композиционных материалов с концентраторами напряжений для прогнозирования ресурса узлов соединении конструктивных злементов//Эксялуатационная прочность и надежность авиационных конструкции. МГТУ ГА, М.: 1937. 15 с.

19. Стреляев Д.В., Харитонов Г.Я. Прикладные расчета основных элементов соединений и механических передач, М.: Изд-во МАТ/Г "ЛАТМЭС", 1997. 89 с.

20. Стреляев Д.В. Закономерности выносливости полимерных композиционных материалов. М.: Изд-во МАТИ "ЛАТМЭС", 1997. 84 О.

21. Митрофанов О.В., Стреляев Д.В. Особенности использования

модифицирозаккой полубезыомгкткой теории для задачи колебаний цилиндрических оболочек из армированных материалов// Эксплуатационная прочность и надежность авиационных конструкций. МГГУ ГА., М.: 199?, 8 с.

22. Митрофаноз О.В., Стреляев Д. В. Особенности расчета устойчивости трехслойных композитных конструкций при наличии слабого залолн1!теля//Эксплуатациоикая прочность и надежность авиационных конструкций. МГТУ ГА, М.: 1097. 6 с.

23. Митрофанов О.В., Стреляев Д.В. Проектирование композитных конструкций с переменными жесткостньш параметрами// Эксплуатационная прочность и надежность авиационных конструкции.. ЫГТУ ГА, М.: 1997. 5 С.

Z-.. Страдай Д.Б., Митрофанов О.В. Технологические факторы, ьсияс^.« на даоическую прочность элементов конструкций из кпл;сг;:цкзЕ~ь-:< :.:атерк,зло2//Новь!® материалы и технологии: Тез. дсг-.г. П.: 1097. 1 с.

У.хтт^чъъу. О.В., стрегяев Павлоз А.Г. Особенности

;>' г~. :уста'чжсоти »рехоллшк-: композитных ';• .. v ■::::;••-;{ сп-сзч.»« со слабым западные::» при продольном •г. .-ivV>x:'- i'rT^KHCKKe чтекл;;: Тез. дога. ИДТИ, и.: i с.

iz. митро.;зяоз О.В., Стреляев Д.В., Павлов Д.Г. Прикладное проекпуованае усгаеяшх жгуташ бора, поякрелдевшас ваделэй вды слагай/ХХШ Гагаринскаэ чтения: Тез. докл. МАТИ, И.: 1997. i с.

27. н&гарсфсдоз О.В., Стреляев Д.В., Павлов А.Г. Устойчивость цилкндр}.чэсккх панзлай кз армированных магериааоз при сжатии// XX Ш Гагаринские чтения: Тез. докл. ШТИ, U.: 1897. 1 с.

28. Стреляев Д.В.,, Митрофанов О.В., Павлов А.Г. Влияние условии эксплуатации ка долговечность элементов конструкций из полимерных композиционных мат~риалоЕ//ХХШ Гагарине:--*» чтения: Тез. докл. i^ATii, М.: 1997. 1 с.

29. Стреляев Д.В., Митрофанов О.В., Павлов А.Г. Сцанка влияния на усталость полимерных . композиционных материалов частоты нагружения//ХХШ Гагарииские чтения: Тез. докл. МАТМ, М.г 1997. 1 с.

Соискатель