автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Методы и средства поддержки принятия решений при автоматизированном проектировании технологических процессов ремонта деталей авиационной техники

РГ6 од

4 , министерство транспорта россии 2 У НОЯ ^департамент воздушного транспорта

московский гоодарствешши технический университел: гражданской авиации

На правах рукописи Экз. )4

ЗАСИМОВ ВЛАДИМИР МИХАИЛОВИЧ

уда 621.45-63-15:629.Г.ОБв

МЕТОДУ И СРЕДСТВА ПОМЕРЗШИ ПРИШТИЯ РЕШЕНИИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РЕМОНТА ДЕТ АЛЕШ АВИАЩЮТШОВ ТЕЯНИКИ

Специальность C36.23.I4. - Эксплуатация воздушного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссэртвции иа соисквшэ ученой стопою! доктора техштсвских наук

Мскпсва 1993 г.

Работа выполнена на кафедре "Ремонт летательных аппаратов и авиационных двигателей" МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Е.Г.ИВАНОВ (ВВИА им. проф. К.Е.Жуковского);

доктор технических наук, профессор В.В.РЕДЧИЦ (МАГИ им. К.. Э. Циолковского);

доктор технических наук, профессор В.И.КУЗНЕЦОВ (МГТУ ГА).

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Государственный научно-исследовательский институг- гражданской авиации (г.Москва)

Защита состоится /«?. 1990 года в _ чаооа на

заседании специализнрованшго совета Д.072.Об.01 Московского государственного технического университета грааданской авиации по алресу: 125838, Москва, Кронштадтский бульвар, д.20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ ГА.

Автореферат разослан И ■ //._ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.ОТО.05.ОТ д.т.н., проф.С.К.Камзолов

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ

Современное оостоянив отечественного воздушного транспорта характеризуется крайне сложными условиями вксплуатвции и ремонта авиационной техники <А1), Увеличивается далл физически и моралью устаревшего авиационного парка.В то хе время возрастает требования по обеспеченно безопасности, регулярности полетов, снюсенюо затрат времени и средств на техническое обслуживание и ремонт АТ. Эти требования могут быть удовлетворены при перехода на стратегию ремонта А1 "по оостоянив".

Применительно к авиационным ГГД как объектам ремонта реализация указанной стратегии затрудняется по причине их низкой контролепригодности. Системный подход в втой проблеме приводит к необходимости разработки автоматизированных систем диагностирования (ЛСД), вшходхщих как математические методы для создания эффективных алгоритмов диагностирования, так и дополнительные средства измерения параметров двигателя в наземных условиях, обеспечиваххцих повышение его контролепригодности. Значение совершенствования методов и средств дефектации и диагностирования дня авиаремонтного производства (АРП) актуализируется тем, что их результаты являются первичной информацией для проектирования ТП ремонта, назначения их методов, форм н объемов.

Характерной чертой научно-технического прогресса является глобальный процесс компьютерной ш форматизации всех сторон человеческой деятельности. Актуальной задачей является разработка интегрировшпшх систем автоматизированного проектирования (САПР), обеслечлващих весь цикл научно-технической подготовки производства . Основные тенденции развития проектирования, характерные для авиастроения и машиностроения в целом, присущи к АРП. Его особенность!) является непредсказуемость полного состава и способов выполнения работ по устранению дефектов на различных элементах АТ. Следствием «того является потребность в оперативном (на база САПР) проведении значительных объемов работ по технологической подготовке производства (ТПЛ). Для высококачественного автоматизированного проектирования ремэнтных технолог:®, когда приходится поста оптттапщж при наличии большого числа ограничений, ватное значение пртобротает гтро.пелыю широкая информационная база о свойствах конструкционных материалов (МО и

соединений.

При ремонте "заготовкой" является изношенная деталь. Для ее восстановления обычно приходится наращивать слои материала. При восстановлении формы и размера детали но редко возникает ситуация (оообенно в условиях ресурсных ограничений), при которой необходимо решить вопроо о заменяемости материалов. Технологические процессы горячей обработки сплавов (ТП ГОС) является одними из основных методов восстановления деталей А1. Непрерывное совершенствование ТП ГОС свидетельствует о их высокой технической и вкономической аффективности. Совремогаий этап развития ТП ГОС характеризуется необходимостью соединения огромных фактических знаний о физико- химической сущности отих процессов с возможностями новой информационной технологии на основе САПР. Разработка баз дшшых и знаний, обеспечивахвдих информационную поддержку оптимизационного проектирования ТП, является актуальной научно-технической задачей.

При проектировании на основе САПР имеется возможность решать задачи проектирования как оптимнзвциотпше. Одно и многокритериальные подхода широко применяются как при оцвшга эффективности ТП, так и КМ. В зависимости от целей проектирования задастся различные целевые функции, поотому в составе САПР должны быть библиотеки целевых функций и критериев. Реализации тшсих библиотек в САПР машиностроительных отраслей отсутствуют.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Создание информационных возшяюстей оптишзац"онного проектирования при разработке средств оценки состояния и процессов восстановления Я.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Создать . матоматичеасую модель производственной систош ремонта АХ.

Исследовать (в хода численного шсспэрилонта) возмохшеть повишошш точности оценки состояния проточной части ПД соьюйотва ДЗОК на осшве ого математической !,вдели <Ш> ¡за счет расшпрешт номощедатуры гснггролируеьш торьвгааоданшпаских параметров.'

Провести анализ налрлхешю-дафориировашого состояния лопасти силовосприниыащрго вломата (СВЭ) изшритшш параметра тяги ИД, варианта шштлшшой систеш, разработать ого конструкцию и технологию шготовлоннл.

Разработать новые и усовершенствовать известные критерии

оценки эффективности КМ в слшюнапряхенных конструкциях, сформировать из них библиотеку и иооледовать динамику э широком температурном диапазоне.

Разработать общеметодотогичвский подход в описании многомерных структур данных свойств металлов и сплавов и провести поиск наиболее точных методов описания зависимостей их физико-мзхеничоских свойств в широком диапазоне температур и от состава.

Разработать программную реализации всех расчетных методов оценки свойств сплавов и баз данных параметров ММ.

Провести научно-обосшвашшй пыбор материалов для изготовления СВЭ интегрального измерителя тяга и усовершенствовать технологии ремонта деталей ПД методами ГОС.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Топюлопгаеский процосо ремонта АТ.

Гозотурбгапшй двигатель сомойства Д-ЗОК, представленный ММ ого проточной частя. •

СВЭ интегрального измерителя тягл ГГД семейства Д-ЗОК.

Информация {массивы данных) о механических <®в, «V "юо^ож/сао'13' в* и твшюфизотэсгак <\,а,ср) свойствах чистых металлов, Ti.Ni.Fe сплавов при измотшш температуры и состава.

Информация о томпературо плявлшш мшгогампонвнтных сплавов и пр1шоов, диаграммы состояния дэойш металлических систем.

Комплексные и гаггогральнш критерии оценю! оффективности и заменяемости КМ.

ТП восетгповлшпщ йшщшяшх полок титшговых лопаток компрессора и никелевых лопаток сошювого аппарата двигателя ДЗО-КУ.

ТП изготовления СВЭ паягой полпшгаяной (решетчатой) конструкции из титановых п жвлозтя сплавов. "

Паяное наглосточноо сооданою®.

' НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Работа Сазнруотся на результатах теоретических и всперимента-яыш иссявдовегай, получшпш а разные года В.П.Фроловым, С.Ы.Бояоцоргсовскш. А.И.Тюяоговш, Д.Я.Черкезом, А.Ы.Ахмедзяшвым, В.И.ЯМполшаш, Б.Е.Апчштсошм, В.Д. Конпвпым, Л.П. Алексеевым, Л.П.Мяхшигавым, Г.А.Кручянстим, В.П.Щгауновым, Ю.Н.Мшашым, В.А. Нетгзют, С.Н.Лощлмтодам, Б.В.Китопим я др.

Газряботана ИМ медаль производстоогаюй системы ремонта и алгоритм синтеза ТП госстшговления ЛА и АД.

Исследованы способы получения с помощью ММ АД избыточной информации о характеристиках проточной части ИД для повышения точности оценок его параметров состояния, что позволило определить минимальное число и оптимальную номенклатуру контролируемых параметров двигателей семейства Д-ЗОК и требования к точности технических средств измерения тяги в эксплуатации.

Разработана ММ напряженно-деформированного состояния вращающегося решетчатого крыла как СЮ измерителя тяги(в ограничениях квазистатической задачи), позволившая провести его прочностной расчет и задать требования к материалу конструкции.

Разработан общеметодологический подход описания многомерных структур данных свойств металлов и сплавов.

В результате анализа зависимостей "свойство метапла-температура плавления" предложено новое толкование понятия гомологической температуры и сформулированы эмпирические правила, отражающие наиболее обидев зависимости механических и теплофизических свойств чистых металлов от температуры плавления.

Проанализированы различные способы описания температурных зависимостей механических и теплофизических свойств чистых металлов и сплавов на основе Т1, N1 иг«, предложен метод описания путем их нелинейной или кусочно-нелинейной аппроксимации функциями второго и третьего порядка.

Рассмотрен ряд методов оценки механических и теплофизических свойств авиационных сплавов по величине температуры их плавления и предложен усовершенствованный метод прогнозирования свойств в широком интервале температур, включающем экспериментально неисследованную область .

Впервые использован агломеративный алгоритм иерархической классификации припоев и разработан новый расчетный метод (щенки температур плавления многокомпонентных сплавов, припоев.

При описании многомерных данных температурных зависимостей механических свойств сплавов даю статистическое обоснование классификационных признаков и однородных группировок. Доказана возможность хранения информации о мэдатескях и таошфиаиччских свойствах т<,н1,р« сшшвоэ в вида систем адекватных итюгтаюршх МЫ., отвечагщих требования авто- и внешней шфопмзтивносль

РаграЛоташ не виз к усовершенствовал«! яззастнш интегральные комалексные крэтерш: оцегаи еффектишюатя КМ. Исслэдова1и их динамика (для п, «• в сплавов) п проведаю ранжирование

сплавов в широком температурном диапазоне.

практическая значимость

Разработанная методика повышения точности оценок параметров состояния проточной части двигателя семейства Д-ЗОК использована при разработке програшно-алгоритмического обеспечения системы сбора и обработки информации по результатам iконтрольно- сдаточных испытаний, внедренной на заводе (И00 ГА.

Разработал комплекс проектных и конструкторско-технологичвеких ронений, реализутеих изморешга параметра тяги в вида интегрального измерителя тяги и .обеспечиващих шфэрмащюннуг поддерхку функционирования АСД.

Разработаны числшпшо метода оцвгат механических и теплофи-зических свойств сплавов для ипфэрмацшнпой поддержки расчета температурных и прочностных условий пайки, которые использованы ОШЗ "Вышел", 1Ш0 "Энергия") при проокптрованш ТП пайки керопрочпше и высокопрочных сплавов, биметаллических конструкций, что позволило оптимизировать геометрические и прочностные хоршсториспно! соодиивний, при расчетах на прочность ответственных паяшх издолзШ и при проектировании ТП пайки и спорю!. Разработанная информационная база и программные средства вошли в состпп САПР технолога АРЗ K-dOO ГА и позволили определить оптшаяьныэ тошоратуршо решали гоготовлэгаш решетчатых пално-сварних издоянй, восстановления бандажных полок лопаток шаро ссора и соплового аппарата турбиш двигателя Д-30КУ/1Ш.

Разработана компьигориал версия библиотеки шггегральпых комплексных критерпоп оценки сЭДоктивотстл и заменяемости копстругаш-оярл материалов дал подпорка принятия конструоторско -технологических решений при проектировании ТП ремонта ЛГ <АРЗ №400 ГА).

Результаты работы нами своп реализации в учебном процессо в кто десяти мотодичоасих пособий и способствовали пошиошгн научного уровня дипломного и курсового проектирования.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

Достоверность получонных результатов, обосповшшость научных пологений, выводов и пршспгсэсгап роксмондгедй подгвергдавтея бо-йпм объег-см чжхго mr.ee експори/пнтов по оброботко исходной спра-поттой информации с применением тестированных программных средств и физическими мотодш.31 пкепор-лянтплыгай проворта расчетов, а такте использовшпгои фундаментальных положений теории оптимизации, ипто.чзтичвской стптистшси и тоорш нндокности, справедливость

программная реализация созданной базы данных свойств для поддержки принятия решений при автоматизированном проектировании ТП восстановления авиационных деталей методами ГОС.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семи заседаниях НТС кафедры "Ремонт летательных аппаратов и авиационных двигателей" МГТУ ГА.

Отдельные етапы докладывались на Всеоошных НТК в МШГА (Москва, 1965 - 1990 г, 10 выступлений), на Всесоюзном ооващании в НПО "Азерелектротерм" (Baity, 1968, I выступление), на внутривузовских НТК в МИИГА (Москва, I9C&-I993, 14 выступлений), на научно-техническом семинаре в МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского (Москва, 1990, 3 выступления), на научно-техническом семинаре в ЦАГИ (Москва, 1991, 3 выступления), на 7-ой конференции "Теплофизика технологических процессов" (г.Тольятти, 1968, I выступление).

С использованием материалов диссертации автором прочитано 8 лекций на курсах по переподготовке кадров и повышению квалификации МГТУ ГА и Центральном институте повышения квалификации руководящих работников промышленного комплекса Российской Федерации.

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам работы опубликовано 42 научно-технических статьи, издано 10 методических разработок и указаний по курсовому и дипломному проектированию. Результаты работы изложены в 34 отчетах МПУ ГА, депонированных во В1ПИЦ. Основная часть печатных работ опубликована в изданиях центральных и республиканских издательств, а такге издательств по списку, утворадегагому ВАК,

СТРУКТУРА РАБОТЦ

Диссертация состоит из вводошш, семи глав, выводов, списка литературы и пршкшишй. Работа галогена на &£ г? страницах малшнописного текста, содержит /S3 иллюстраций, таблиц,

список литературы на Л4 страницах, содержащий ссылки.

Приложение на !ЭС страницах.

содатаниЕ работы

Во введении сформулирована проблема иссдодовшшл,. обоснована ее актуальность, опроделена цель работа и 1фуг репаошх задач, отмечена ое практическая направленность и научная швизна, оформул!фоваш псиозония, вшосише на защиту.

- в -

которых доказана опытом предшествующих исследований. ВКЛАД АВТОРА

Основные результаты, представленные в работе, получены лично автором. Отдельные результаты, отмеченные в работе, получены совместно о соавторами (Фроловым В.П. .Михненховым J1.B. Дручинским Г.А.), а также под руководством и при научных консультациях автора аспирантами и соискателями: Жариковым A.B., Егоровым А.Н., Сладковым В.П., Безумовым A.B., Сктляевым А.Р. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Совокупность научных положений и результатов, содержащих теоретическое обобщение и практическую реализацию в рамках проблемы создания методов и средств поддержки принятия решения при автоматизированном проектировании систем оценки состояния и процессов ремонта авиационной техники, а именно: ММ производствешгай системы ремонта AI;

оптимизированная структура параметров состояния проточной части ГГД и численный метод повшешш точности их оцешси;

комбинированная (из материалов разной основы) конструкция СВЭ интегрального измерителя тяги ГТД и расчетная модель его напряженно-деформированного состояния;

новые и усовершенствованные комплексные критерий и методика оцешси эффективности материалов в слохнонапрякеншх конструкциях ;

методология описания многомерных структур дшшых свойств металлов и сплавов и эмпирические правила, отрахвхщие наиболее общие зависимости механических и теплофизических свойств металлов от температуры их шгаштши;

усовершенствованные расчетные метода оцошот механических и теплофизичэских свойств металлов и сплавов в пределах и за пределами экспериментально исследованных температурных диапазонов;

новый расчетный метод оценки температур плавления сплавов и припоев;

расчетный метод оценки и методика прогнозировшпю свойств сплавов известных и неизвестных марок;

ММ зависимостой гахатгтосккх и теплофизичэских свойств авиационных сплавов от температуры и концентрации легирующих влешнтов;

параметры ТП производства и ремонта интегрального измерителя тяга решетчатой конструкции, бшщгшгых поток лопаток компрессора, лопаток соплового аппарата турбины;

Первый раздел посвящен анализу литературных данных. В нем приводятся сведения о повреждаемости ЛГ и состоянии технологической подготовки ее ремонта. Показано, что технология обслуживания и ремонта АТ по состоянию требует повышения технического уровня всего вксплуатационко-ремонтного комплекса и, в частности, разработки автоматизированных систем оцеиси состояния (диагностики, дефоктадш), а такжо создания в предприятиях ГА достаточных информационных ресурсов. Из анализа опыта вкспдуатации и ремонта АТ следует, что в основном их узлы и детали выходят из строя по причина различных видов поверхностных повровдишй. Так как до 502 себестоимости ремонта составляют расходы на запчасти, восстановление деталей дает значительный оконошческий аффект. Приводятся примеры восстановительных технологий, применяемых при ремонте деталей из сплавов на основе ti.ni,г». Из анализа следует, что основными методами восстановления авиадоталэй на АРЗ являются процессы ГОС, такие как пайка, сварка, наплавка, нанесение покрытий.

Далее анализируются сведешш о совромлшом состоянии автоматизированного проектаровашш ТП в машиностроении. Приводятся примеры реализованных САПР.Основные тендешуш развития проектирования, характерные для азиа- и машиностроения в целом, присущи и АРП. Решенио практически задач САПР ТП восстановления состоит в создании автоматизированных баз данных свойств сплавов и соедине1шй, способных обоспочить информацией любой втап проектирования производства и роыонта АТ, в пзроходо к кс-щотщи математического моделирования оашааюсто.Ч различшх свойств конструкционных сплавов и соединений.

Управление еКюктившстью техшческой шссплуатации не возмох-но без диагностирования, Диагностировшшэ и дефоктащш ншот исюшчителыю вахшо значаща для АРП, т.к. их результаты являются порвичной информацией для проэктировшпм ТП рокота, назначетш иг методов, форм и объемов. Особэшо актуальна эта задача применительно к контролю ТС авиацдашшх ГТД. Эффективность ТОиР ГТД по состоянию с контролем ого основных параштров во многом определяется уровней развития СКД, Условное рэшшю задач оцогаси состояния в использовагаш АСД, базирующихся па использовании ЭВМ и иатематичеасого к'йдолиргпшия.

Далее затрагивается вопроо о иатошшяескоы моделировании и приводятся сведения оО описании босстшговитзлъшз технологий а операций с потоки КМ. Из представленного анализа следует, что

наиболее перспективным направлением решения задач инженерного проектирования в АРП является поиск оптимальных решений из множества альтернативных, генерированных с помощью ММ на базе многокритериальной оценки их эффективности. Приводится анализ применения ММ авиационных конструкций (ГГД), как информационного канала в автоматизированных системах оценки их состояния. Показано, что (Эффективность АСД во многом определяется информационной ценностью контролируем« параметров ГГД, используешх в ММ.

Тяга - ценный эксплуатациошшй и диагностический параметр, однако проблема ее измерения в эксплуатации с точностью, удовлетворяющей требованиям диагностировшшя по тормогазо-динамичвским параметрам, не решена. Повтому актуально создание измерителя, обоспечиваидого высокую точность, стабильность, интогралыгость оценок тяги по сечотт выходного реактивного сопла, применимого на различия типах ГТД.

Указшвшм требовшшям удовлетворяет способ, предусматривапций измерение осевой составляющей аородинамической силы, действующей на установлошгае в поток тело в виде вращающейся лопасти. Требованию, предъявляемому к аэродинамике скловоспршшмапцих лопастей - по возможности меньшая зависимость коэффициента сопротивления лопасти Ся от числа Маха газового потока - наиболее полно отвечает полиплшшое (решетчатое) крыло - лопасть. Теория проектирования и изготовления полшлпнных систем разработана, однако требуется дополнитольнш исследования по учоту специфики конструкции и условий эксплуатации лопасти измерителя, а также по . оптимизации ТП производства изделий, включая выбор материала, рационального метода изготозлешм, паратотров ТП.

Далео анализируется место критериального выбора па этапе принятия конструкторско- технологичоских решений при проектировании, оценка вффоктидаости конструкционных материалов и определении маториалов-заменитолой. ранхировашо материалов по возмоаности га использования в проектируемой конструкции или в ТП рассматривается как обадмашсюстроительная проблема. Оообую значимость и остроту ранение вопроса материалов- заменителей имеет в условиях ресурсных ограничений, неритмичности поставок, а тшзэ ремонта техники, когда в силу особого характера восстановительных технология и геометрии детали устранение дефектов не могет быть произведено с применением исходного материала детали. Приводятся

- \г -

примори частных и комплексных критериев, применяемых в настоящее время для оценки ТП и ЮН. Делается вывод, что реализация критериального подхода требует совершенствования информационной поддержки принятия решений в виде базы данных свойств конструкционных материалов и расчетных методов га оценки.

На основании анализа литературных данных формулируются цель и задачи исследования.

Во 2-ой главе дается обоснование и выбор объектов и мотодов исследования. ООгекты исследования перечислены выше.

Использованы следувдда численные и физические метода исследования: статистический анализ парных связей;статистический анализ множественных связей; двухфакторный дисперсионный анализ; вероятностно-статистическая оценка точности предсказания модели методом толерантных пределов; метод множителей Лагранжа (для поиска оптимальных решений); теория ошибок; метод "параллельных матриц"; теория подобия и анализа размерности (П-теорема подобия); дифференциально-термический метод оценки температур плавления многокомпонентных припоев; испытания на износостойкость в условиях виброконтактного нагружения по схеме "плоскость-плоскость"; металлографические мотоды (микро- и рентгеноструктур-ного анализа); микрометрические метода исследования паяных соединений.

Для ведения численного шссперимонта автором разработаны специальные программные средства.

В 3-й главе рассматривается ММ производственной систомы (ПС) ремонта ЛТ.

Ремонтное производство нестабильно по своей природо. Радикально изменить уровень всох сфер ремонтного производства можно путем автоматизации управления на основе моделирования его как сложной систеш. Так как процессы ГОС могут быть альтернативой другим процессам восстановлонил^ то для возможного совместного рассмотрения автоматизация 1« проектирования долит основываться на едином иатоматическоу описании всего ремонтного производства.

Отвечающий указавши требованиям математический аппарат разработан на Оаэо систеш структурного математического моделирования, продао^ошюй В.В.Павловым.

ПС ремонта ЛТ модэлхфуется ш следующих уровнях; теоретшсо-м!КшзстБончо11; логическом; количественном. При ото« моделируется сль,,ущ>!0 оскоешо свойства ПС: нршшдлоаюсть

элемента производственной систем! к определенному множеству элементов, составляющих теоретико- множественную модель ПС; отношения смежности элементов ПС; отношения порядка влемантов ПС; отношения иерархической подчиненности элементов ПС.

Ремонтное производство rem представлено как взаимодействие во времени и пространстве двух множеств: объекта ремонта а и систеш ремонта s.Система s в каждый момент времени t является ни 'чем иным, как состоянием процесса ремонта в данный момент времени.При атом для объектов ai и лг, и состояний процесса ремонта s в момент времени t существует реакция *>:sixaii —► A2t, удовлетворяющая условию:

<All,A2l> « rem <-> (3 s> tptCS,All>-A2iJ ,

т.е. пара caí t азt>принадлежит системе ремонтшго производства rem тогда и только тогда, когда существует такое состояние s, что результатом реакции p<s,Ait> является выходной объект *2t.

Система rem в цолом гадает семейство состояний "s-^ awr>, семейство реакций: р - <Pt¡ slxA1l —► A2l а teT> и семейство выходных функций"*. - <\t: stxAit —> А2<о>, таких, что

S ,А1<0, A2<t->> « <—> <3 Alt>C3 A2t>t A2t-p<St, Alt> & a Al<t>»Al <0 a A2<t,)-A2t<t>l ,

Существует также сомэйство производящих функций выхода: ~ц • sixA1t —' A2tv», удовлетворявший условию:

<St,Altl ,,A2<t*>> s <-> <3 Al ><3 A2t> t A2t<t.'>-A2<t> ft

a A2 -pCS , Al > a Ai , »Al I f 11 • 3 , l ^ i i ii* 1

Множество s представлено состоящим из слэдуидих поданожоств: н - субъект производства; р - тэхнологическая система; х -расчетные зависимости. Технологическая система р продставлвна состоящей из следувщих подмножеств : т - технологические операторы; П - технологическое оснащение; я - производственные ресурсы. При атом i s р ¡ л s p¡ r s р

В ходе технологического проектирования происходит объединение рассмотренных mozo ста в состава олисазг.:я ТП - "технологии". Осно-2ой для такого объединения является единое множество свойств f. Отображение элементоз систвкы ремонтного производства на пространство f задано в виде декартовых произведений: а х f —» f<a> ;

и* г—»f<h>: x х f—«f<x)¡ т x f-»f<t>i П х f-»f<n>j r х f-.f«!» ,

шдвлируемл матрицами огтюсти. например:

г г . 1 1

а

л_ | с с

- " I» I»

где с^ равно I, если свойство г, присуще елементу \, а.е а; и О в протившм случае. Все втк свойства входят в состав единого многоства свойств г, т.е.:

Р - <Г<А>, РСЭ) У РСА>. Г<Б> 5 Р> Полная теоретико-множественная модель системы ремонта представляет собой объединение множеств: л и з и г

Представленная система математического моделирования используется далее в целях определения необходимого состава восстанавливаемых свойств поврежденного изделия, определения состава и по с. .»довательности технологических операторов, выбора средств технологического оснащения, определения исполнителей, выбора расчетныых зависимостей и расчета параметров ТП.

Предложен алгоритм синтеза ТП, состоящий из четырех этапов:

1) сравнительный анализ объекта ремонта с эталонной моделью и определение множества свойств объекта ремонта, требувдих восстановления;

2) определение множества тохнологачеашх операторов ПС, реализующих множество свойств объекта, требупцих восстановления;

3) упорядочение множества выбранных технологических .операторов и определение множества упорядоченных множеств технолол ческих операторов, достаточных для восстановлония объекта ремонта;

4) определение состава средств технологического оснащения, исполнителей, ресурсов и количественных моделей для расчета параметров ТП.

Из предложенной ММ следует, что дал реализации концепции оптимизационного, автоматизированного проектировшшл ТП ремонта Я необходима разработка автоматизированных систем оцомш ое состояния и диагностирования, как сродства формирования портрета дефекта. Информационная база автоматизированного проектирования ироцзссов мсстановлония ( в частности ГОС), кроме области использования при ремонте и', их математических моделей, должна содэрзать дшаие' о предмете • ,приложения указанных процессов. Значишы фактором при атом являются свойства сплавов, покрытий и т.д. .которые входя в- параметрические юдоли, определяют возможность использования и тробуеше царвуэтры процессов.

В 4-ой главе приводятся результаты численного експеримента по обеспечению точности оценки 1С авиационных ГГД на основе анализа его ММ. Рассмотрены возмохюсти использованию избыточности информации, предоставляемые !Л1 ГТД, для повышения эффективности диагностирования двигателей семейства Д-ЗОК.

Оптимизирована структура ММ ПД. Произведена оценка эффективности способа контроля состояния проточной части двигателя с использованием в качестве параметров состояния отклонений (от значений исходно-исправного двигателя на выбранном режиме диагностирования) к.п.д. вентилятора бпд, компрессора бт>к, турбин высокого бптв и низкого «птн давления, а также утечек из внутреннего контура &ь Погрешность при определении численных оценок указанных параметров со сто яшм по предлагаемой методике не превышает ±<1.0-1.5)5!. >

Обоснована необходимость измерения дополнительных параметров ГГД. Исследована возможность повышения эффективности диагностирования (точность оценки параметров состояния) за счет введения контроля одного-двух дополнительных термогазодинамичесних параметров (ТГДП). Показано, что расширение номенклатуры контролируемых ТГДП создает благоприятные предпосылки для получения параллельных матриц, что ведет к швыашшв вероятности получения формул с оптимально "совместимым" сочетанием контролируемых ТГДП, а также к увеличению обдого числа расчетных формул. В качестве одного из дополнительно контролируемых параметров предлагается использовать внутренняя) тягу.

В результата анализа ШЛ ГТД и требований к точности системы измерения тяги двигателей семейства Д-ЗСЖ в условиях эксплуатации установлено, что оттшлыгоЛ следует считать систему, обеспечиващуго погрешность но гшо ±1%. Дальнейшее повышение точности кзмэрэтяя молосффоктизш; при снижении погрешности измерения тяги о «1 раза (с л17. до ±0.252) погрешность оцешк факторов слагается всего в 1.1-1.Я раза (рио.1).

На основа тоорэтпчоских предпосылок повышения точности изетреняя тягл и зншиза пропмзтзэств и недостатков прототипов интегрального пзшрптоля тяга <И!Т) в 4-й главе разработаны технические требования к ого конструкции.

Показаны прокмущоетва использования в составе ИИТ силовоспри-1П2.квд9го эломента резэтчатоП конструкции.

Проведен анализ напрягонко-деферкировышого состояния лопасти

а) б)

1-еЛ Оценка погрешности определения «ч а) результат решения матрицы 5x5;б) результат решения матрицы 3x3.

СВЭ, как варианта полипланной системы, работающей в специфических условиях нагружения: значительные инерциальные нагрузки, вызванные вращением лопасти, высокая неоднородность поля рабочих температур.

Задача анализа жесткостных особенностей лопасти СЮ ИИТ решалась в следующих ограничениях:

условия нагружения квазистатическив;

конструкция представляет собой тонкостенную консольную систему, состоящую из двух стоек и соединяющих их дисков, хестчую на растяжение-сжатие в направлошш оси г (при действии продольной силы ю и на изгиб в плоскости ж (деформация обусловлена изгибающим моментом Му) ;

жесткость в плоскости -а конструкции незначительна, причем опрэделягщей деформацией является деформация сдвига, обусловленная действием поперечной силы оу;

крутящий момент мк, воспринимаемый конструкцией, в основном определяется величиной "стесненного" (изгибного) Як кручения.

В указанных ограничениях, рассмотрены уравнения равновесия еу»о и £му«о для упругой линии с учетом искривления оси лопасти в плоскооти чг. под действием распределенной (по длине СЮ) нагрузки чу, которая представлена оороданамической и центробежной составляющий

р V»

л я а т* ел и.О. Ж

ЯУ " ^р" т ь " V 1 ""

v<l3-е

dQ

яг * v 0 »

dM .»

♦ M - О ^ Yd'x

При решении приведенной систекы < вариационным метод Г аявркит)опре деланы выражения для амплитудных (максимальных) значений прогиба v и угла закручивания е, которые имеют место на конце лопасти:

1.04 а la -со. 64 + к >(/>/<& *■ dio01 ы* _ с__о_о_vcp

с са ъ*1а ' EF*- 2q -TJS--О. 92 q* * -

<1+е )*р ев

о г

ж' . * а. х.

4 " "э 1 ч» *>< 1 > ■ « • г--а ,

* 5 п4 ев v

где q и рг- скоростной напор и плотность струи газоп, w- параметр, зависящий от закрутки струги !?0. ь и i - геометрические параметры СВЭ, »«м/1 - распродолишая масса лопасти СВЭ; ев - жесткость лопасти на стесненное кручение, ef*- жесткость на сдвиг участка лопасти на длине сродного reara между дисками.

С помощью зависимостей для опредэлешм значений деформаций и напряжений, возникающих в оломентах лопасти в процессе ее работы, проведен проверочный распет на прочность конструкции, изготовленной из различных материалов. Розультаты расчета (табл.1), согласуются с рано я прошдоннш шсспвримэнтом на опытном образце ИИТ.что позволило предлоэтть кокбшпфованную (из сплавов на основе железа и титана) конструкцию СВЭ.

В настоящее время отсутствуют ков единая методология формирования, так и общие правил выбора 1сритериев, характеризупцих конструктивную прочность сплава. Вместе с том актуальной задачей является взедоние в практику научных исследований и проектирования новых прочностных пар ста трав, надокго характеризующих работоспособность материалов в гатаплоиздвлиях и обеспочиващих в составе баз дшпалс САПР иифркацгаяшую подло рагу отгшп принятия решений.

Параметры конструктивной прочности белое слояны, чом проо t3.1::i;o протшетгаэ свойства, поотому рациональным является поиск :tcp.реляционных связей между попы«! параметрами, определяют?.™

Таблица I

Результаты прочностного расчета СВЭ ИИТ

Конструх ционный материал Критический скоростной напор а , МП& ^крит Харак теристик и КМ при темп-ре эксплуатации Суммарные напряжения о^. МПа

эивза 0.187 а , МПа о. г 100 224

а . МПа в Эйб

втго 0.082 о , МПа о. ж -

а . Ш> в

эиезз+втго 0.181 а , МПа о. г 184.9

а , МПа в Зоб

конструктивную прочность, и традиционными, механическими свойствами, такими как временное сопротивление, твердость или предел текучести либо сформированными из них комплексами.

С учетом сказанного, в 5-ой главе сформированы новые и усовершенствованы ранее известные интегральные комплексные критерии оценки эффективности металлов и сплавов в сяошюнапряжвнных конструкциях.

Условия эксплуатации самолетов обуславливают цикличность наг-ружония элементов его конструкции. Так каздуй цикл "запуск - выход на взлетный режим - остановка приводит к увеличению неравномерности температурного поля в деталях ГГД и появдшшю термических напряжений. Они существенно влияют ш сушарныэ напряжения,т.к. их значения соизмеримы , а в некоторых случаях в превосходят продал текучести материала, что приводит к образованно шкротрещин.

Существенное влияние на тершпрочшсть материала сказывает его макронеоднородности, к числу которых относятся: вовэрхностше логированиэ в ходе диффузионной ыэталшоацш. ивхкристашштпая коррозия, поварзшостшй наклон, ноодаороддости сварных в ваши соединений, мотаядургическио дефекты. В {зависимости от соотшший между характеристиками металла и вдвшхгав макронэодаораяшзоти (о.,е,сг01) условия возникновения цластичвсяшг двфоршщпй могут быть существенно различны,га,. что об^тшивао'*' возникковэнио устшюстных трещин.

Тек кск ншюсенш газотормцчесшг покрытий, валгйка, иашш-^ ка, сварка является одними из основных кзтадоо ршшга даталой ¿1,. необходима количественная оцелгка тепловой прочности Ь'лториалов.

В результате о^сштрешш напряхвнкП, воаашонадг в кдешш-зированной металлической стойко иэ-за разности температур о двух

во сторон установлено, что максимальные термические напряжения при заданной интенсивности теплового потока (о) пропорциональны толщине стензш (г) и фактору а характерному для каждого металла:

в - О. 3 О 2 Б.а * -Л- , А - Е,а * - .

так А. 1 -и X 1-й

Из условий рапного запаса термической прочности (?), раве1ь ства тепловых потоков и начальной толщины стемси 2 сравшгоаемых материалов критерий топловой прочности примет шщ:

ст „ а „ X <1-у> а X (1-к)

_ __ О. 2 О. X пнг О• X

таи

Ее <1-\») Е «

Учат пластичности произотдом путем зп.мэш постоянной толщины стенки з на перокзшгуи , шрагенпую через относительное сухошга при разршзо у (посколысу газих характеристик пластичности, имекщих оправданно дал гпелетотя в критерий, а тагом шфоко представлешшх в справочной лэторптуро, нот!: с^ с «->>).

Общш недостатком подобгых 1фэторк0в является представление в гак свойств доскротишп точочшя! сцшлсата, Для учета условий эксплуатации теплонплряеттпя: агпгантоп Л& п качестве фу1пащо"алыгой зявясиизсти свойстп прз.клшопо рассматривать их температурные зависимости, а сравиптолышЯ анавз вести по критериальным функциям. продстазялазз! собой некоторые кришо в координатах, соотсзтспшпю кт- т и - т:

с учетом пластичности без учета пластичности

V

V» ,<т> \<Т> ti-t)<T>3 а <Т> Х<Т> tl-v<T3J

___с. _ <»•*________

11-у<Т>1 П<Т> вСТ) Е<ТЗ а<Т>

Для ршгарозапйя разлялшк материалов критерии представлены в шггэгряяыгоЛ форме, гдо оцоиса годится по отмени» площадей под кривыми и£<г>, гг'т, гст(гип)<т>:

т т

/К™ в /*,<г«п>т <"Т>

О. - §- . О - - . '

Т Тр Т Гр I

/ !^<т> «1<т> f [?т<т> <кт>

То Т То

гдэ к*<т> - критериальная функция иатернала, относительно которого

ведется сравнение;

|Ат> - критериальная функция сравниваемых материалов;

кт(гип)<т>- критериальная функция "оптимального", гипотетического материала.

В результате образован новый интегральный комплексный критерий тепловой прочности КМ, позволявший учитывать особенности га поведения в любых температурных диапазонах.

Многие детали, узлы и агрегаты АТ работают в присутствии абразива или высокоактивной газовой среды, вызывающих интенсивное изнашивание их рабочих поверхностей. Практически при всех видах разрушения и изнашивания долговечность определяется группой критериев, в которую входят несколько показателей свойств из числа прочности, плас этшети, энергоемкости.

В частности, показатель износостойкости при равной твердости сплавов различного состава определяется изменением энергоемкости, значения которого определяются временным сопротивлением ол и относительным сужением у. Очевидно, что при работе детали на износ имеет место разогрев контактной пары, поэтому предложено исследовать динамику критерия изностойкости ввда к - ав у в некотором температурном диапазоне:

К ■ <гя<Т) у<Т> .

Для сравнительной оценки критериальных функций различных сплавов критерий представлен в интегральном вице:

т

!>

/<7°<Т> к/°<Т) <1Т

т в * где то, тр- минимальная и максим- —у-, мальная температуры эксплуа-

' „ „ тации.

Г с <Т> V, <Т> <1Т

т "I 1

о

Для сравнительной оценки 'материалов предложен объемный критерий уд, базирующийся на анализе диаграммы о-в.

Удельная работа упругой деформации авиационных материалов определена методом трапеций с использованием расчетной формулы вида:

т

V » Г " Г♦ л 4- а + + а + Чс1Т , '

уп '•г. уп 1 упг ... упр-» 2 ) '

о

ГД9 а^«" оо*2<Т> /• 2Г "Т>.

Для сравнительной оценки по данному критерию сплавов

различных основ учтены их удельные характеристики путем введения в расчетную формулу удельного веса:

ауп" °о*,<Т> ' С2Е<Т> • С целью охвата области пластических деформаций <в некотором

температурном диапазоне) объемный критерий vд усовершенствован.

Кривой а-« аппроксгчирована функцией вида:

а т а с + 1/2со - а .

пл т вр в т вр

Принято допущение, что *в - есть относительное удлинение при разрыве, тогда «вр - *в - Выразив относительную деформацию

через хорошо представленное в справочной литераторе относительное удлинение при разрыве,получен интегральный комплексный критерий вица:

т

р

Г а ст> ат

■I пл о

к -

А

ПЛ

Г а <т> ат rJ п^

v<t> . . .. у<т>

гда Апл" "о. *<т>ггугту + гК<т>""о.,<т>]г^т5-

Достоверная оценка заменяемости (взаимозаменяемости) различных конструкционных материалов при ремонте J1A в частности планера не мохет быть получена на основании анализа какого-либо одного свойства материала, а должна предусматривать учет целого комплекса свойств:

механических - <гг (или о0 4), «e, а , а, у, р; теплсзфизических - а, к, ар; при соотввтствукщих зксплуатациошмх температурно- силовых нагрузках, определяемых величинами:

максималыго допустимой в эксплуатации перегрузки s полетной массы самолета « ; максимально допустимой приборной скорости vma„ : эксплуатационной температуры тэ ).

Используя логическую модель эксплуатации материала в виде Функциональной зависимости

а с о Е X S-к ш С <--->

р с v an

р та л та я

п

с поиощы) рп-теоремы на основании анализа размерностей получены безразмерные критерии подобия:

П.- б: П.- т П.-

с

--г~ ' V -7-Т— » П„- —-Г— ' V -5— »

р V р V

так таи

» П - То > П -

а

• *✓» »✓ее р э ' «о 2

р т V а V а

С так пах

и критерий выбора материала- заменителя при ремонте элементов планера:

а а а ЕЛ. б7" к _ о о.1

14/Э- £> О 1/8 -

р Су а п гп и Т

так так с О

Критерий в интегральном ввдо (аналогично критерию тепловой прочности) представлен как:

'»«« о <Т> а (ТУ а <Т> ЕСТЗ \<Т> <57'в<Т>

к° - Г —5-21»-^-ат

"ьт о,4'в<Т> V" п° вСГ> С <Т> » Т

О так так с V О

а сравнительная оценка ведется относительно и к*«г<т>

чистого металла (т*,к1,ра или утшарсаиыю!! огибащой чистых металлов и сплавов аналогично Ф-кригориш). Если <ки)1.о/'<;ко)и~ 9 > то материал мо^ет быть рокомэдцрвап кок заменитель, ' если <к > лк > < о.9, то такая замена, в общем случае, новоэмоано.

О КО Е> VI

Для выбора оптимальных материалов полшлапшх лопастой изморителя тяга усовершенствован ршюо извостшй критерий, разработанный В.П.Фроловым - Ф-кр;;'гор;й1.

Для сопоставимости количвспюгаша: оценок ^-критерия автором, разработана универсальная огибшдал (числитель), вид которой определен в результате численного окспоришдаа при варьировании 3-х факторов: распределенной нагрузки иа штяо ч, огносятолыюго аага решетки С,числа планов п.

Для учота условий изготовления (пайки) в О - критерий как дополнительное слагааьюз знаменателя введен показатель м, характеризующий удельную массу паяной сотовой ячейки и вцршшшй чороз прочностные характеристики сапного кростоабразшго соединения

„ , , св 4) . (

гдо - предал прочности паяного шва при расчетной температуре;

при расчетной температуре с учетом разупрочнения в результате теплового воздействия в процессе пайки и вксплуатации. Том самым сформирован новый критерий Фпс :

там ,

Г <руст>> <1т

^ О

р<т>+мст> ат

При работе СВЭ в струе газа за турбиной имеет место сильный разог-

ф „ то_ _ ров планов и тепловые напряжения (до

наступления установившегося решила) вдоль хорда плана могут стать соизмеримыми с проделом текучести или прочности материала плана, паяного шва. Для учета способности материала противостоять тепловым нагрузкам, в Фпс-крит0рий через геометрические параметры конструкции (хорду ь и длину паяного шва 1) введены прочностные и 'теплофизическш свойства КМ и припоя.

тон -

I о

Т

км .к«., км. 0. 2 Х >

ь -

1 -

/Ф пр ПР> о. я

лпр „пр Епр

В результате получен новый комплексный интегральный расчетный 1фигорий с£с •

т т

глах »пах - .

- x <г^ст»"ат : f рст)+м'<т> ]<п'

При условии, что лкм-лПр, выражение для м* имеет вид

пр .пр,. пр. км „км , т „ а ^ \ <1-м Уа Е , Со <> .г

м'<т>»0.-ки г —^- Г —- 11 .

-»пр км км пр пр I. стт J

о, г ^

3 - предел прочности КМ при

6-ая глава посвящена разработке численных методов оценки (.оойств металлов и сплавов, созданию базы данных для систем автоматизированного проектирования процессов ремонта АТ.

Для описания многомерных структур данных свойств металлов и сплавов разработан единый общеметодологический подход, включающий: представление всей совокупности (множества) чистых металлов и сплавов в вида сложного (многомерного) статистического комплекса экспериментальных данных, использованных автором работы такими, какими они были получены без его участия (т.е. исследование велось в условиях пассивного эксперимента);

применение к данному комплексу статистических методов классификации и снижения размерности в сочетании с корреляционным, регрессионным и дисперсионным анализом, обеспечивахщих нахождение вида зависимости между количественными переменными;

представление и хранение данных о свойствах в виде параметров адекватных и устойчивых ММ.

В терминах теории классификации и снижения размерности тип прикладной задачи определен как сжатие массивов обрабатываемой и хранимой информации для минимизации емкости ее носителей и экономии памяти ЭВМ, решение которой сводится к формированию ММ, удовлетворяющих требование авто- и внешней информативности.

Чистые металлы и сплавы представлены как две непересекающиеся генеральные совокупности, два многомерных множества обследованных объектов

<0* .....> и <о* ,0* .....о* >

где индекс 1 означает объекты первой генеральной совокупности (чистые металлы); индекс 2- объекты второй генеральной совокупности (конструкционные сплавы); к и г- число членов совокупности.

Результаты обследования представлены в форме матрицы "объект-свойство" ввда (например, душ чистых металлов)

V1- СУ .у.....Уп >, (I)

* а П

в которой

у . < у'",у'2',. . .у""'» (2)

матрица значений анализируемых признаков (свойств, прогнозируешх переменных: ов, б, а, \ и т.д.), зафиксированных в к-том обследованном объекте в .ьтом состоянии (в данном случае при различных уровнях фиксированной температуры).

Матр'/цо (I) постаг-лона в с.оотнотствте матрица "ог5ъогг-

продикторныэ переменные" вида (например, для чистых металлеа/.

x*- < x ,х......x >, (3)

12 п

в которой

х - с X*" ел \

Данные о свойствах конструкционных сплавов представлены аналогично, с тем дополнением, что массивам (I) и (3) поставлена а соответствие еще и единая для всех свойств матрица составов вида

21с- < •»!,,......„v > (5>

где хк1/- концентрация у-того легирующего элемента в к-то** сплаве (объекте).

Проанализированы различные способы описания температурных зависимостей механических и теплофизических свойств чистых металлов и ti.ni, гв сплавов с помощью простейших эмпирических моделей. Проведена вероятностно-статистическая проверка работоспрособности найденных моделей. Показано, что высокая точность описания указанных зависимостей достигается с помощью нелинейной или кусочно-нелинейной аппроксимации'функциями второго и третьего порядка.

Для разработки методов прогнозирования свойств сплавов проведен поиск наиболее общих закономерностей изменения механических и теплофизических свойств чистых металлов и обоснован выбор независимой переменной, функцией которой являются свойства. Выбор шкалы произведен из положения о ее неразрывной связан с определением такого классифицирущего признака, который был бы присущ всем членам генеральной совокупности, обладал изменчивостью, обусловленной фундаментальными свойствами твердого тела, определял и огранизовы-вал положение членов совокупности аналогично заряду ядра атома или атомному весу элементов в периодической системе Д.И.Менделеева.

Исходя из диалектико-материалистических представлении о веществе и всеобщности движения поиск такого классифицирующего признака вели среди энергетических характеристик. Исследования основывались на гипотезе о существовании связи между свойствами и температурами их плавл^чия.

На рис.2-4 показано, что использование температуры плавления в качестве независимой переменной оправдано, а применение такой координатной шкалы позволило оценить металлы в энергетически подобных состояниях и сформулировать ряд эмпирических правил, отражавших наиболее общиэ зависимости механических и теплофизических свойств чистых металлов от температуры плавления.

Рис. 2. Семейство функций, аппроксимирующих динамику предела прочности (а) и модуля упругости (б) чистых металлов от температуры их плавления при различных уровнях гонавопттаской температуры к*.

Рис. 3. Семейство функций, аппроксимирующих динамику ТКЛР чистых металлов от температуры ик плавления при различных к .

С , кал / г атом К

0.0 7.0 . Л. О В. О 4.0 О

400 ООО 1200 1600 2000 2400 2000 3200 Тпд, К

Рис. Сймэйство функций, ашроккпзфукза: динамику

удольшй темолоекахгги чистых тотадлов от тошературы их плавления при различных к*.

- 2Q -

В анергетически подобных сотоякиях, т.е. при равных значениях гомологической температуры:

I) в интервале гомологических темпетатур о. 1£к*<1. о пределы кратковременной прочности (ов> и модули упругости первого рода <в) чистых металлов относятся как температуры их плавления:

... т.». Е..> т«.»

» а пл , __а пл

_( »1 -III ' _1»I _1 21

Тпл Е пл

отношение предела кратковременной прочности и модуля упругости чистых металлов к температуре их плавления есть величина примерно постоянная:

<«> у1«' »«"> т'" т'*' т,п>

пл пл пл пл пл пл

' п const.

3) для любой пары чистых металлов при значениях гомологической температуры о.ч к"< t.o отношения пределов кратковременной прочности и модулей упругости есть величины примерно постоянные, равные отношению температур их плавления:

it* О. 2 (At 4. О <41 «.(4)

У О С Т

в. В __ . В пл

3 coast.

О. I <2> О. X ) 2 > 4. О (2» _ <2>

о о о т

в п а пл

O.lgUP О.1б<4> » O^lll т'11

— я —— а. . . сЗ - - Ь u COnst»

0.«Е1Л 0.2gl2> t. Og * 21 т<21

пл

4) для любой пары чистых металлов при значениях гомологической температуры о. i< к*so. s отношение модулей упругости есть Ееличша примерно постоянная, равная отношению пределов кратковременной прочности и равная отношению температур их плавления:

"VI

5) в шггорвало гомологических температур о. isk"<j о отношение предола кратковременной прочности к модул» упругости чистых металлов есть величина примерно постоянная:

| а > mi

о а

и _ „ ъ

В интервале гомологических температур о. »sk*sq.7: 6) температурные коэффициенты линейшго расширения чистих »я>-таллов относятся как натуральные логарифмы тсмпоратур га апса^онмя:

Е

_.< 4)

Т

а 8. 9 - In T

"77. 3 -ТТ. при к -const

а 8.9 - In I '

пл

7) отношение температурных коэффициентов линейного расширения чистых металлов к натуральным логарифмам температуры их плавления есть величина постоянная:

< xi (п|

а а а

-—— 25- 3-Scons«.: при K*»const

<t> <Х> <n> г

е. О- In Т 8. 9- In T 0.9- In I

пл пл пл

8) для любой пары чистых металлов отношениэ температурных коэффициентов линейного расширения есть величина постоянная равная отношению натуральных логарифмов температуры их плавления.

О. i ll) О. X <1> О.» <11 „ „ ,

а а а 8.9- In Т

——- й - ... 3 - S- S const

Дано новое толкование понятия гомологической температуры как универсальной безразмерной шкалы, задавшей масштаб количественной оценки теплового напряжения, как характеристики уровня теплонапря-жеиного состояния. Определены параметры ММ, описывающих зависимости свойств от гомологической температуры.

Реализуя принцип природной специфичности при описании механических свойств сплавов, в состав моделей <рис.2) ввели поправочные коэффициенты, учитывающие степень упрочнения сплава за счет легирования, термомеханической и термической обработки, равный отношению расчетного значения к экспериментальному, например:

а - <<7Т> /" с<7Т>

в эхсп в расч

Коэффициент а есть величина переменная, зависящая от температуры. Функция а»г<к"> разбивается на несколько криволинейных участков. Предложена замона кусочно-линейной аппроксимации на нелинейную или кусочно- нелинейную функциями второго и третьего порядка. Оценка точног-и расчета по данной методике показала ее преимущества перед предыдущей. Аналогичный подход был применен для описания других характеристик прочности: °0 г, % гу100. "100> t3. Создан баги параметров ММ поправочных функций температурных зависимостей механических свойств ti.ni,fo сплавов и разработана программная реализация указанных банков, обэспечиващая расчет механических свойств сплавов в интервале температур от О до

тпл и информационную поддержку условия прочности паяных соединений.

Используя приведенную методику, проведены исследования по описанию теплофизических свойств (<», х, о^) Tt.Nt.Fe сплавов по тпл' Оценены области существования индивидуальных поправочных функций и значения параметров средних поправочных функций, оценена точность расчета. В результате предложен новый расчетный метод оценки значений ТКЛР в интервале температур О.К k*<i,o, коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости в интервале температур 0.2<к*<1.0 по температуре плавления с учетом средней поправочной функции.

Дан критический анализ применявшегося ранее для расчета тпл сплавов и припоев уравнения А.Г.Лифшица, в ходе которого показаны его преимущества и недостатки.

п

T " Т -Г AT «о,

пл плоен .1 I vat

где тплосн - температура плавления основы сплава! ATt- изменение температуры плавления основы сплава при введении в его состав I вес 7. 1-го ЛЭ; с- концентрация i-го ЛЭ в сплаве <вес.%); •> -число ЛЭ.

Проведена вероятностно-статистическая оценка точности расчета тпл по Уравнэн™ А.Г.Лифшица , показана его работоспособность в случае расчета тпл конструкционных сплавов и неприменимость для определения тпл припоев.

Предложен метод расчета с помощью модифицированного уравнения А.Г.Лифшица , в котором линейная аппроксимация линий ликвидус и

Тпл-Тпло=н- £ гда ДТ.-АСс JDEW<C<Ci».

v ■ 1

солидус заменена на нелинейную аппроксимацию уравнениями более высокого порядка, а также проведена замена единиц измерений концентрации ЛЭ с весовых процентов на атомные. Создан банк значений дт«г«:с> линий ликвидус и солидус, а также его программная реализация.

Вероятностно- статистическая оценка точности расчета т по

■ пл

модифицированному уравнению А.Г.Лисица сплавов и припоев

показала, что повышение точности аппроксимации и замена единиц

измерения не привели к повышению точности расчета т . Для

повышения точности расчета тпл использован киогомэрный

р9грвссиога:ыл анализ в сочетании с агломератизным алгоритмом

иерархической классификации припоев . В результате создана система адекватных, устойчивых ММ (фрагмент в табл. 2) и их программная реализация. Проведена сравнительная вероятностно-статистическая оценка точности расчета тпл по всем изученным методам. Показано, что расчет с применением многомерных регрессионных ММ наиболее точный.

Дан критический анализ преимуществ и недостатков расчета то многомерным моделям. В результате предложен комбинированный метод, сочетахщий преимущества уравнения А.Г.Лифшица и многомерных моделей. Разработан программный продукт, обеспечивающий информационную поддержку и расчет по температурному условию пайки, позволящий решать оптимизационные задачи в прямой и обратной постановке (например, минимизировать температуру плавления припоя при заданных ограничениях на концентрации ЛЭ, или определить состав припоя с заданной температурой плавления и наложенных ограничениях на концентрации ЛЭ). На примере медно-цинковых припоев проведона экспериментальная проверка точности прогноза тпл с помощью

Таблица 2

Параметры математических модэлой для расчета температуры начала и полного расплавления припоез на основе МЕДИ

№ Г, " <ю Д о А 1 л г л э л А л, оо Номер модели

1 2x17 Факторы<ЛЭ> х <гп> 1 хгсл5>

Тл 1001. 9 —1607 -еоов 1.1 1

Тс 1073. 7 -4850 -6710 1. 9 1

2 3x29 Факторы<ЛЭ> х1сгп> Хгсле> X <Сс1> э

Тл 1003. 0 -3. 0 -3. 0 -3. 6 1.9 3

Тс 908. 9 -4. 0 -3. 0 -3. 9 1. 6 3

3 2x14 Факторы<ЛЭ> Х1<Н1> х^сгпз

Тл 1090. 7 4300 -47 67 1. 2 1

'Гс Юбз. о 3. 0 -Л. 6 1. 3 2

4 3x29 Факторы<ЛЭ) X <И1> хг<гп> Ха<ле>

Тл 1091, а 4. 0 -4. 7 -7. 1 1. 2 2

Тс 1063. 1 3. 2 -4. 6 -7. оа 1. 3 2

5 4x41 4>акторь!<ЛЭ> X (N1) 1 х <гп> Хз<ле> X <Сс1> А

Тл 1080. 0 4. 2 -4. 6 -6. 7 -С. 7 1. и 2

Тс 1034. 0 3. 3 -4. б -7. 4 -7. 4 2. 0 2

Примечание: -коэффициенты ..., \ умногены на 1000; номер модели вид модели

1 У- А +А X +Л X *. . . +Л X

О & 1 2 2 п п

2 У» Л ехрСЛ X +Л X +. . . +Л X >

01122 пп

V» Л ХЛ1ХЛг. . . ХЛпохр<Л x *л x *.. .*л x >

Л л 9 л ' I < 9 4 14 •>

разработанных моделей и доказана их высокая точность.

В результате анализа предметной информации о влиянии внешних факторов на свойства сплавов произведен выбор математического аппарата и методов описания многомерных структур.

Проведена оценка точности расчета тешгофизических свойств т1, N1, г* сплавов по простейшим аддитивным моделям, в результате которой установлена их неадекватность.

В результате совместного анализа многомерных массивов данных свойство-состав-температура сформированы систеш ММ теплофизичео-ких (табл.3) и механических свойств ti.ni,г» сплавов. Разработан программный продукт, реализующий расчет теплофизических (а,л, с^) и механических <ов, , О свойств ti.ni,г» сплавов в любой точке исследованного температурного диапазона по составу сплава.

Анализ причин, оказывающих отрицательное влияние на точность предсказания по моделям состав-свойство, показал, что к их числу следует отнести неоправданную многомерность регрессионных моделей на каждом фиксированном температурном уровне, а также ограничение по единству параметрической формы многомерных моделей и необходимость аппроксимации параметров моделей в функции температуры. Для устранения этих причин предложена комбинированная расчетная методика оценки свойств многокомпонентных сплавов неизвестных марок по их составу.

Используя базу данных свойств ti.ni.ре сплавов, проведено исследование динамики интегральных комплексных критериев, описанных в главе 5.

В 7-ой главе приводятся сведения о вкспериментальной проверке и практическому использованию результатов исследования.

В ходе анализа ХП восстановления бандажных папок лопаток компрессора (сплав ВТЗ-1) в условиях завода К 400 ГА выявлены недостатки, требующие совершенствования технологии по выбору оптимальных режимов напайки. с помощью разработанной информационной базы и программных продуктов про изведан расчет температурного условия пайки, позволивлий определить оптимальные температурный режим восстановления:

температурный интервал плавления припоев - 740...1125 К;

температурный интервал пайки - 1125...1206 К;

Бозмогные основы припоев - лс. м. ли. мс. си, а». Решение оптимизационной задач;! по иинтаации темпоратуры пайки позволило найти состав припоя, отвечащего выбранным ограничениям

Таблица 3

Оценки параметров и точности ММ вида у-ао.кРса1х>+а1х>+ ... *апхп) для расчета ТКЛР сплавов на основе железа по та составу при различных температурах (аею", к"*)

Параметры ММ Температура. К

Э73 473 373 673 073 973

А о 1(4. 410 19. 560 20. 4S0 20. 560 ¿i. Ó9Ú 21.990 ¿2."йёо

a ¿úi i -3. 490 -0. 429 -14. 09 -17. ез -1¿. Й7 -11.11

л <:sí> 2 -01 S 6è -0. 266 0. 924 I.'ÓÉTÍ 1. Óf¿ i. 6Я 1. 400

А <Йп> ■ -0. 386 -Û. 123 0.010 -ô.ûûi -0.010 6. <SúJ7 -0. 004

А <Сг> 4 0. 091 -0. 039 -0. 071 -0. 068 -0. 073 -0. ióó -0. 160

А (N1) э -0. osi -Ô. ÔSd -ó'. óáá -ó.óSá -ô. ó<¡3 -û. ódá -Ó.'Ó4á

À ¿Moi <% -ô. 1УФ -Û." -ú.¿¿b -0. 638 -0. 627

К7 <;v> i. 7'ió ¿. Sói i.iii S. 061 ■i. ¿(ti 4. 436 a. m

\t <v> -û. iià -Ó.ÍÓ4 -ó.ióá -ó. i¿>4 -Ù:ÏÀ 3 -0. 30J

CIÓ ' 3. Sù i. àù 1.93 2. SO ¿'/1 2: 4? 2. 40

Критерий Фишера i.ôà ¿. 3¿ i6. 32 ó. it Ô.Û1 V. So 9. 23

Остаточ. отклон-е 1. û. 61 Ù. 0. 74 0. 75 0. 02 ' 0. tf

Аустенитные с карйидньм упрочнением + аустонитные с кар-бидно-интерметаллидным упрочнением + жаростойкие стали (массив 10x3)

на концентрации ЛЭ и удовлетворяпцего температурному условию, функция минимизации и ограничения имели вид:

Т » 0-10.2 ехр<-1. 6<.'Л Cu>-4. 0<Х2п> -6.3CfcXM>> -» min

л

T.» 010.9 ехр<-1. 3C?Í Cu>-3. 0<J£Zn> -6. 2C5íCd>) -► rain

J 5 Ae á 40 jCu - 19+0. Oí40-Ag> ;2n - 22+0. 2<40-Ac> ;0 5 Cd 3 10;

результаты решения: тл» оо9°с;тс» ??i°cl

состав припоя;Ас- ísk cu- box, zn- 20«, c<i«

Наиболее близкие значения тешературы плавления и состав мот следупаий стандартный припой:

Тл» 000°С; состав припоя : Л С- 12«, Cu- 32К Zn" 29Х, Cd» 7Х. 1спользуя наЯдоннио решения, разработаны рекомендации по госстано-шзнию бшэдшшх полок лопаток. Экспериментальная проверка напая-юго слоя на модельных образцах дала положительные результаты и

показала, что при ремонта по оптимальному режиму уровень свойств (износостойкость) восстановленных лопаток не ниже уровня аналогичных свойств детали, отремонтированной по оудеотвупцей. заводской технологии.

Ка основе разработанных критериев и информационной базы предложена методика оценка эффективности КМ для СВЭ.

Установлено, что температурным режимам работа СВЭ по жаропрочности при ограничениях на массу и стоимость конструкции в наибольшей степени отвечают сплавы на основе г» (жаропрочные стали аустенитного класса). Однако, руководствуясь стратегией разработки оптимальной конструкции, реализован ранее предложенный подход к полипланной системе, изготовленной та различных КМ.

С помощью разработанных программных средств проведены количественные оценки, по результатам которых сделан вывод, что сталь ЭИ835 является наиболее предпочтительной (как по Ф-, так и по »^-критерию) для элементов конструкции СВЭ, работающих при Тто>1»900К (нижняя часть боковых стоек и нижние три диска - плана), а сплав ВТ20 - при Тпс><«500К (верхняя часть боковых стоек и верхние три диска). Тагам образом доказано, что комбинированная конструкция СВЭ является предпочтительной как по прочностным, так и конструкторско- технологическим аспектам.

При оптимизации - параметров ТП изготовления СВЭ использован многофакторный планируемый эксперимент. В качестве отклика для сварных образцов принимался предол прочности при растяжении а для паяных - высота н галтели паяного шва.

Так, ММ, описывапцая влияние на высоту н (в мкм) галтели пая-" ного шва от температуры пайки тг (фактор Х1), выдержки (при тг) г (х2) и количества (толщины) припоя & (5?,). имеет вид:

)1«124. 2*70. 66Х +3. р13х +4. я 352 +3. ззох x -2. 763Х X -1.вЗвХ x x .

1 2 Э 19 23 12В

Решение полученных ММ с помощью пакета "ешекл" позволило найти следующие оптимизированные параметры:

для диффузионной сварю: доталей го стали ЭЙ835 и титанового сплава ВТ20 (толщина прослойки ванщдая - 0.1мм):

тешература сварки время вздержки

1025* *ВК;

сварочное давление для пв&хи деталей го стали ЭИ835: тешература пайки

60 мин. i 100 к11»

т - 1310 к; 2

время выдержки толщина пластин припоя

г-12±"' ВМИН.| б-1В0*,оМКМ;

для пайки деталей из титана ВТ20: температура пайки время выдержки

диаметр насадка шприц-пистолета

т -цро±вк»

т»3~4ИИН.» «1-2ММ.

На основе анализа операций, составляющих ТП изготоолешет СВЭ и оптимизации параметров диффузионной сварю! и пайки разработан директивный технологический процесс.

С использованием критериального подхода разработана технология ремонта высокотемпературной пайкой никелевых лопаток соплового 'аппарата турбиш двигатолл Д-ЗОКУ. Определены оптимальные параметры ТП, проведены стендовые испытания.

В Заключении работы подаодош общие итога, приведены основные результаты и вывода. В Приложешш содержится иллюстративный материал, отдольшо результаты статистических исследований, фрагменты башсов параметров ММ, материалы по алгоритмическому и программному обеспочешш решения задач на ЭВМ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВиВОДЫ

1) Создана структурная модель производственной системы ремонта ЛА и АД, а тахяо алгоритм синтеза ТП их посстановления. Показало, что в осуществлении общей концепции информатизации ЛРП путем создшшп интогрированных САПР, определяющую роль играет:- системы оценки состояния объокта ремонта, формирующие истшшый портрет дефекта;- математическое и ииформациошюо обеспечение, позволяющее вести поиск наилучшей реакции производственной системы.

2) Обоснована возможность повышения вффективности диагностирования ГГД в шеедлуатации за счет использования систомы контроля парамотра тяги, содержащей измеритель с вращающимся СВЭ полиплан-даго типа, обеспечивающим получешю оервдиишых оценок тяги с погрешностью но выше ±12. На основа анализа напряяошго-доформировшшого состояния допасти СВЭ сформулированы тробовшшя к выбору материалов ого ,отаяой, работающих в отличающихся условиях температурного и сшзэвого воздействия.

3) В результата анализа продаотной области и особешгостой щяэганония сплавов в авиационных конструкциях, используя аналитически» вяюды» гоомотрячешеш построения и анализ размерностей физических характеристик материалов разработаны новые и усоверкенст-вованы известные раггоо тпггогральпыо комплексные критерии оцонки

эффективности и заменяемости металлов и сплавов. Создана компьютерная библиотека критериев, позволяющая ранжировать сплавы в широком температурном диапазоне.

4) Разработан общеметодологический подход в описании многомерных структур данных свойств металлов и сплавов, включающий представление и хранение данных о свойствах в виде параметров адекватных и устойчивых ММ.

5)Используя методы математической статистики, выявлены и описаны наиболее общие зависимости изменения механических и тешюфи-зических свойств чистых металлов от температуры га плавления.Сформулированы новые эмпирические правила, отражающие эти зависимости. Предложено новое толкование понятия гомологической температуры, как меры энергетического подобия теплонапряженюго состояния чистых металлов.

6) Проанализированы различные способы описания температурных зависимостей механических и теплофизических свойств чистых металлов и авиационных сплавов с помощью простейших эмпирических моделей. Показано, что высокая точность описания указанных зависимостей достигается с помощью нелинейной или кусочно-нелинейной аппроксимации функциями второго и третьего порядка. Разработан новый метод прогнозирования механических и теплофизических свойств сплавов ( в интервале О - тпл) по величине температуры их плавления и программное средство, обеспечиващее информационную поддержку прочностного условия пайки.

7) Впервые для описания свойств припоев использован агломера-тивный алгоритм иерархической классификации, что позволило разработать новый комбинированный расчетный метод оценки тпл многокомпонентных сплавов, припоев любого состава и программное средство, обеспечиващее информационную поддержку температурного условия пайки.

8) В результате численного эксперимента по описанию многомерных данных температурных зависимостей механических и теплофизических свойств ti.ni,ре сплавов дано статистическое обоснование класафжацшнных признаков и однородных группировок. Доказана возможность храпо]1ил информации указанных свойств однородных группировок в виде системы адекватных устойчивых многомерных КМ, отаэчающгг. требованию авто- и внешней информативности. Разработан мотод прогнозирования свойств сплавов по их составу.

9) С применением созданной информационной базы и программных

средств произведен расчет температурного условия пайки, в результате которого определен оптимальный температурный режим восстановления бандажных полок титановых лопаток компрессора двигателя Д-ЗОИУ высокотемпературной пайкой. Разработана методика многокритериальной оцегаш эффективности и выбора КМ для поли-планиых паяных систем СВЭ, о помощыэ которой оптимизирована (по массе) конструкция СВЭ и рекомендована ее комбинированная схема (из разнородных материалов: стали марки ЭИ 035 и титанового сплава марки ВТ 20). По результатам многофокторного планируемого эксперимента произведена оптимизация количественных оценок параметров ТП изготовления СВЭ. Выработаны рекомендации по геометрическим параметрам паяного соединения (место ооодинения решетчатой лопасти со втулкой). С использованием многокритериального подхода разработан ХП восстановления посадочных размеров отверстия под шти$т в никелевых лопатках 1-4 ступеней соплового аппарата турбины двигателя Д-ЗОИУ.

Основные результаты .работы изложены в следующих публикациях:

1. Фролов В.П.,Засимов В.М. Интегральный комплексный критерий оценки эффективности паяных полипланных (решетчатых) конструкций. // Проблемы создшшя росурсо-сберегалцих технологий сварочного производства для предприятий Сибири ¡Труда Всесоюз.науч.-техн. конф.,Комсомольск-на-Амуре,22-24 сентября i960,с. 172-174.

2. Фролов В.П., Каборда С.А., Засимов В.М., Хариков A.B. Математическое иодалировшие свойств конструкциошшх сплавов и припоев. Защитные покрытия. Научно-методические материалы. U.: ВВИЛ юл. Н.Е.Хуковского, 1888, C.I27-I35.

3. Фролов В.П., Засимов В.М., Еариков A.B. Элементы шфэрмационной базы автоматизированного прооктировшсия технологии пайки.// В сб. Инженерше мотода обеспечения безопасности полетов при ромонто AT ГЛ. М.: РИО МИИГА, i960, с. IB-30.

4. Засимов В.М. Исследование динамики комплексного интегрального критерия оцошп! эффективности констругацютых материалов для ползшлашмх систем. // 3 сб. Инженерные катода обеспечешш безопасности полетов при ремонте ЛТ ГД . П.: РИО (.МИГА, 1968, с.90-IDO.

5. Фролов В.П., Засимов В.М., Беэумов Л.В.,Ковалев В.Д. Поиск матоматических моделей для описания зависимостей мехшпгшских свойств титановых сплавов от их состава. Запзггшо покрытия. Науч-по-штод. материалы. U.: ВВИЛ км. 11. Внуковского, 1000, с.121-127.

6. Фролов В.П., Засимов В.Н., Безуиэв В.Л. Дабэрда С.А.

- 5tt -

Математическое моделирование механических свойств конструкционных сплавов. Авиационная промышленность, 1969,(69,с.67.

7. Безумов A.B..Фролов В.П.,Засимов В.М..Ковалев В.Д. Банк, математических моделей свойств отечественных титановых сплавов. Авиационная промышленность,1969,К8,с.60-61.

8. Фролов ' В.П. .Засимов В.М. .Горбатгк О.М. Интегральный комплексный критерий оценки тепловой прочности конструкционных материалов.//В сб.Проблеш совершенствования ремонта AT. М.: РИО МИИГА.1990, С.35-40.

9. Фролов В.П., Засимов В.М., Жариков A.B. Математическое моделирование свойств высокотемпературных припоев. //В сб. Прогрессивные методы высокотемпературной пайки. Киев: ИХ им. Е.О.Патона, 1989, с.12-17.

10. Фролов В.П., Засимов В.М., Жариков A.B. Математическое моделирование свойств конструкциошшх сплавов и припоев. Авиационная промышленность, 1989, № 6, с.37-38.

11. Фролов В.П., Засимов В.М., Жариков A.B., Бирюков С.Г. Математическое моделирование свойств припоев. Авиационная промышленность, 1989, К 7, с.59-60.

12. Фролов В.П. .Засимов В.М. Дариксв A.D. .Егоров А.Н. Критерии оценки оффоктивности и взаимной заменяемости материалов в паяных полиплашых (решетчатых) конструкциях.// В сб. Нпучно-техничоский прогресс и оксплуатация воздушного транспорта. М.: РИО МИИГА.1990, с. 30-40.

13. Фролов В.П. .Засимов В.М.Даргасов A.B.. Сладков В.П. Совершенствование расчетных методов оценки тоыпературы плавления многокомпонентных сплавов и припоео. // В сб. Научно- технический прогресс и оксплуатация воздушного транспорта. М.: РИО МИИГА.1990, 0. 40-4?.

14. Фролов В.П., Сладков В.П., Засяша В.М., Жариков A.D. Расчетные ьютоды количествешюй оцэнки ыохшшоских и теплофизических свойств конструкционных материалов на ЭВМ. Авиационная промышленность, 1990, К 9, 0.62-66.

15. Засимов В.М., Жариков A.B. Поиск расчетного метода оценки температур плавления сплавов на осшво меди. //В сб. Проблош совершенствования ремонта AI. U.: РИО ПИИТА, 1990, с. 43-50.

16. Фролов В.П., Сладков В.П., Засимов 8.U., Жариков д.В., Егоров А.Н. Критории оценки вф5окптности и взаиюзаадт/шдасти материалов в паяных полиплвнных (роаотчатш) конструкции.