Научная статья на тему 'Долговечность и надежность конструкций авиационной техники'

Долговечность и надежность конструкций авиационной техники Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
180
32
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Долговечность и надежность конструкций авиационной техники»

УДК 621.55.13.17

А.В. Кацура, Г.Г. Крушенко

Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ

В авиационном машиностроении для скрепления листовых конструкций летательных аппаратов (ЛА) широко применяются заклепки из деформируемых алюминиевых сплавов [1]. При этом выполнение заклепочного соединения завершается формированием замыкающих головок посредством пластического деформирования хвостовика стержня заклепки с сопутствующим обжатием собираемого пакета в местах постановки крепежа. Снятие технологической нагрузки сопровождается упругим пружинением стержня и пакета, что приводит к существенному уменьшению усилия сжатия.

В настоящей работе представлены результаты исследования влияния календарного времени на осевой натяг в заклепочных соединениях и на их остаточные усталостные характеристики с использованием образцов поперечного многоточечного двухсрезного болт-заклепочного стыкового соединения.

Принимая во внимание уровень механических свойств заклепок и соизмеримость жесткостей крепежа и соединяемых деталей, можно прогнозировать ослабление с течением времени заклепочного соединения вследствие релаксации усилий сжатия [2].

Образцы изготовляли из листов алюминиевого сплава Д16АТ толщиной 6 и 3 мм, соединенных встык накладками из этого же сплава. При сборке пакета были применяли болт-заклепки из стали 30ХГСА в двух вариантах исполнения. В первом варианте крепежа профиль рифленой части стержня болт-заклепок имел упорную накатку (образцы типа V), во втором - трапециевидную (образцы типа Т). Соединение выполнено с нормированным гарантированным осевым натягом по заводской технологии.

Статические испытания при осевом растяжении образцов проводили на гидропульсаторе ГРМ-1 при скорости нагружения 4000 кгс/мин. Усталостные испытания при циклическом растяжении проведены также на этой установке. Минимальная нагрузка цикла нагружения для всех типов образцов (700 кгс) выбрана по условиям стабильности режима

146

нагружения и устойчивой работы гидропульсатора одностороннего действия вблизи нулевой нагрузки. Частота нагружения - 330 циклов в минуту (6,6 Гц). Градуировку ГРМ-1 по параметрам цикла нагружения производили с помощью тензометрирования.

Выдержа образцов без нагрузки в лабораторных условиях при нормальной температуре составила 15 лет (131500 часов), после чего часть из них перед циклическим нагружением прошла термоэкспозицию в течение 840 часов при +1200С в термостате конвективного теплообмена.

Анализ полученных результатов показал, что в исходном состоянии образцы типа V по долговечности в 1,63 раза превосходят долговечность образцов типа Т. Однако в результате 15-летней выдержки этот показатель у них стал одинаковым. Но долговечность образцов типа V упала в 1,79 раза, или на 44 %, а образцов типа Т снизилась на 8 %, или в 1,08 раза по

сравнению с исходными образцами. Относительные долговечности

N = N^/N0: N

= 0,56,

N 1 = 0,92.

Можно предположить, что резкое снижение долговечности образцов типа V через 15

лет связано с уменьшением осевого натяга за счет снижения усилия сжатия пакета (релаксации остаточных натягов в пакете) [3].

Остаточные напряжения сжатия со временем уменьшаются, релаксируют, но временной процесс длителен, поэтому для получения быстрой качественной оценки уровня снижения напряжений проведен эксперимент с форсированным моделированием процесса релаксации посредством предварительной выдержки образцов при повышенной температуре в течение определенного периода времени с последующими испытаниями на усталость.

Термоэкспозиция образцов была проведена после 15-летней выдержки в лабораторных условиях при нормальной температуре для оценки степени релаксации осевого натяга. Результаты испытаний образцов, выдержанных при +1200С в течение 840 часов, показывают, что долговечность образцов типа V снизилась на 28% - в 1,37 раза по сравнению с долговечностью исходных образцов с 15-летней выдержкой, а долговечность образцов типа Т не изменилась.

Учитывая, что при сборке образцов использованы болт-заклепки из стали 30ХГСА, а элементы пакета изготовлены из алюминиевого сплава Д16АТ, можно заключить, что основная доля снижения долговечности вследствие уменьшения осевого натяга обусловлена релаксацией усилия в стержне заклепки, а не в элементах пакета в зоне постановки крепежа.

Анализ результатов испытаний позволяет сделать вывод о преимуществе применения в качестве крепежа систему «болт-заклепка» с трапециевидной нарезкой, по сравнению с болт-заклепкой, выполненной с упорной нарезкой профиля стержня.

Библиографический список

1.Sathiya, S. Implication of unequal rivet load distribution in the failures and damage tolerant design of metal and composite civil aircraft riveted lap joints / S. Sathiya Naarayan, D.V.T.G. Pa-van Kumar, Satish Chandra // Engineering Failure Analysi., - 2009. - V. 16, Issue 7. - P. 22552273.

2.Кузнецов, А. А. Вероятностные характеристики прочности авиационных материалов и сортамента / А. А. Кузнецов, О. М. Алифанов, В. И. Ветров. - М. : Машиностроение, 1970. - 576 с.

3. Модели технологического рассеяния усталостной долговечности / А. Г. Колосов [и др.] // Прочность авиационных конструкций : тр. ЦАГИ. -1998. - Вып. 2631. - С. 38-50.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.