CC BY
11УДК 629.7.018.4:620.178.3
ДИАГНОСТИКА ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
В. А. Берне1, 2, Е. П. Жуков1, 2*, Е. А. Лысенко3, В. В. Маленкова1' 2, П. А. Лакиза2
1ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С. А. Чаплыгина» Российская Федерация, 630051, г. Новосибирск, ул. Ползунова, 21 2Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20 3АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: zh-ep@yandex.ru
Предложен метод диагностики процессов разрушения элементов сборных конструкций, содержащих множественные локальные неоднородности, такие как отверстия и условно неподвижные соединения.
Ключевые слова: элементы конструкций летательных аппаратов, разрушение, вибродиагностика, портрет колебаний, нелинейные искажения.
DIAGNOSTICS OF AIRFRAME STRUCTURE FRACTURE PROCESSES
V. A. Berns1, 2, E. P. Zhukov1, 2*, E. A. Lysenko3, V. V. Malenkova1, 2, P. A. Lakiza2
1FSUE "Siberian Aeronautical Research Institute after S. A. Chaplygin" 21, Polzunov Str., Novosibirsk, 630051, Russian Federation
2Novosibirsk State Technical University 20, Karl Marx Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation
3JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
E-mail: zh-ep@yandex.ru
The article proposes fracture diagnostics method for complex structure components with plural local irregularities such as holes and conventionally fixed joints.
Keywords: airframe structure component, fracture, vibration-based diagnostics, oscillation map, harmonic distortion.
Введение. Диагностика технического состояния является неотъемлемой частью этапов производства и эксплуатации изделий авиационной и ракетно-космической техники. Один из видов диагностики -неразрушающий контроль элементов конструкции. В машиностроении широко распространены неразру-шающие методы вибрационной и акустической диагностики [1-4]. Наличие в объекте контроля локальных неоднородностей, таких как отверстия, вырезы, крепёжные элементы может вызвать серьёзные затруднения при диагностике их технического состояния. Предлагаемый метод предназначен для выявления местоположения трещин и разрушений элементов сложных сборных конструкций по нелинейным искажениям портретов колебаний.
Метод может быть использован для контроля целостности конструкций космических аппаратов при их наземной экспериментальной отработке.
Описание метода. Для выявления трещин и разрушений предлагается адаптировать метод вибродиагностики люфтов в проводках управления летательных аппаратов [5]. Метод заключается в следующем. На диагностируемую конструкцию устанавливаются
датчики ускорений, количество которых зависит от габаритов и степени сложности конструкции. Места установки датчиков выбираются произвольно, но целесообразно размещать их со сгущениями в наиболее нагруженных зонах. В конструкции с помощью одного или нескольких синхронизированных источников гармонической вибрации создаются вибрационные колебания. По сигналам каждого датчика строятся портреты колебаний: развертка по оси ординат пропорциональна сигналу акселерометра, а по оси абсцисс - его первой гармонике. Для численной оценки искажений из сигнала датчика вычитается его первая гармоника, а в остатке определяется абсолютный максимум искажений за период. Величина этого максимума нормируется, обозначается как £ и принимается в качестве идентификационного признака дефекта.
Апробация метода. Предлагаемый метод был опробован в диагностике подкреплённой прямоугольной панели самолёта. Габаритные размеры панели 2285 х 975 мм, масса 38,8 кг. Конструкция выполнена из алюминиевого сплава, элементы соединены заклёпками.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
б
Рис. 1. Пример портретов колебаний: - исходное состояние; б - панель с дефектом
Рис. 2. Поля распределения параметра 4 по панели: I - надрез, Т - трещина, — - ремонтная накладка
В процессе испытаний фиксировались временные сигналы датчиков для различных состояний панели. Анализ искажений портретов колебаний показал возможность их использования для контроля наличия дефекта (рис. 1).
При большом количестве точек измерения затрудняется восприятие информации о параметрах искажений портретов колебаний при их отображении в числовом, например, табличном виде. Поэтому предложена форма представления характеристического параметра дефекта 4 в виде полей его распределения по поверхности конструкции. Поле строится в системе координат, где отмечаются точки установки датчиков, а величина параметра 4 в каждой точке измерения изображается меткой соответствующего цвета градиентной шкалы, изменяющейся от минимального к максимальному значению. Между метками выполняется аппроксимация картой цветов.
На рис. 2 представлены поля распределения параметра 4 для исходного состояния панели (рис. 2, а) и панели с надрезом в центральной части и трещинами в трёх стрингерах (рис. 2, б). Видно, что поле распределения параметра искажений неповреждённой панели неравномерно, но абсолютные значения 4 невелики. Появление трещин приводит к смещению максимумов параметра искажений (светлые области) к местам расположения дефектов. При этом максимальные уровни параметра 4 возрастают. Также следует отме-
тить, что установка ремонтной накладки на один из повреждённых стрингеров приводит к значительному снижению максимума параметра искажений в окрестности трещины.
Библиографические ссылки
1. Вибродиагностика авиационных конструкций. М., 1986. Вып. 256. 95 с.
2. Выявление дефектов космических аппаратов в процессах испытаний на вибрационные и акустические воздействия в испытательной лаборатории / Е. А. Лысенко, М. Д. Евтифьев, В. И. Халиманович и др. // Вестник СибГАУ. 2005. № 6. С. 174-178.
3. Постнов В. А., Шлоттманн Г. Использование экспериментальных данных об изменении динамических свойств упругих систем в задачах определения структурных повреждений // Вестник ННГУ. Серия Механика. 2004. № 1. С. 32-42.
4. Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechanical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review / S. W. Doebling, C. R. Farrar, M. B. Prime et al. Technical Report LA-13070-MS, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM (United States). 1996. 132 p.
5. Бернс В. А., Белоусов А. И, Самуйлов В. Ф. Контроль люфтов в проводках управления летательных аппаратов по результатам резонансных испыта-
а
а
б
а
ний отклоняемых поверхностей // Техника воздушного флота. 2010. Т. LXXXIV, № 1 (698). С. 15-19.
References
1. Vibrodiagnostika aviatsionnykh konstruktsiy [Aircraft structure vibration-based diagnostics]. M., 1986, iss. 256. 95 p.
2. Lysenko E. A., Evtifev M. D., Khalimanovich V. I., Shatrov A. K. [Detection of defects in spacecrafts during vibration/acoustic tests under laboratory environment] // VestnikSibSAU. 2005. № 6. P. 174-178. (In Russ.)
3. Postnov V. A., Shlottmann G. Ispol'zovanie eksperimental'nykh dannykh ob izmenenii dinamicheskikh svoystv uprugikh sistem v zadachakh opredeleniya strukturnykh povrezhdeniy [Application of experimental data on the elastic systems dynamic properties changing
in problems of structural damages assessment] // Vestnik NNGU. Seriya Mekhanika. 2004. № 1. P. 32-42. (In Russ.)
4. Doebling S. W., Farrar C. R., Prime M. B., Shevitz D. W. Damage Identification and Health Monitoring of Structural and Mechanical Systems from Changes in Their Vibration Characteristics: A Literature Review. Technical Report LA-13070-MS, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM. (United States). 1996. 132 p.
5. Berns V. A., Belousov A. I., Samuylov V. F. [The backlash checking in the aircraft control wiring on the results of resonance tests of deflected surfaces] //
Tekhnika vozdushnogo flota. 2010. Vol. LXXXIV, № 1 (698). P. 15-19 (In Russ.).
© Бернс В. А., Жуков Е. П., Лысенко Е. А., Маленкова В. В., Лакиза П. А., 2017
