CC BY
75
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности ВС
№153
УДК 621.193.013
ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ФРАГМЕНТА КОНСТРУКЦИИ ФЮЗЕЛЯЖА САМОЛЕТА ТИПА ТУ-154 С КОРРОЗИОННЫМ ПОВРЕЖДЕНИЕМ
К.Э АКОПЯН., В.М. БАЙКОВ, А.Н. ГРИШИН, А.С. КОВАЛЕВСКИЙ, А.В. ЛАПАЕВ, В.С. ШАПКИН По заказу редакционной коллегии.
В статье приведены результаты испытаний на усталостную долговечность для продольного заклепочного стыка обшивки фюзеляжа самолета типа Ту-154 с искусственным коррозионным дефектом на обшивке.
Ключевые слова: усталостная долговечность, продольный заклепочный стык обшивки фюзеляжа, коррозионный дефект
В работах [1-4] для изучения закономерности изменения циклической долговечности в зависимости от локальных коррозионных повреждений проводилась оценка долговечности образцов типа полосы с искусственным коррозионным дефектом. По параметрам коррозионного дефекта оценивалась долговечность образцов, а на основании методики, изложенной в работе [2, 4], устанавливался предельно допустимый размер коррозионного повреждения. В данной работе использовалась идентичная технология моделирования коррозионного дефекта на обшивке образцов продольного заклепочного стыка. Используя методику оценки допустимого коррозионного повреждения, представленную в работах [2, 4], в статье приведен анализ усталостной долговечности образцов продольного заклепочного стыка обшивки фюзеляжа с искусственно нанесенным коррозионным дефектом на обшивке.
Материал, образцы для испытаний, оборудование
Исследование усталостной долговечности продольного заклепочного стыка обшивки фюзеляжа проводилось на образцах (см. рис. 1, табл. 1), изготовленных из панели фюзеляжа вырезанной в районе стр. 10 шп. 35-36. Самолет имел наработку 44677 летных часов, 14888 полетов в течение 24 лет с начала эксплуатации.
Образцы представляли собой 4-х рядный заклепочный стык внахлест обшивки фюзеляжа самолета с шагом заклепок 30, 15, 15, 30 (мм) в кильватер. Между листами обшивки присутствовала прокладка. Заклепки ёзакл =4 мм с потайной головкой с внешней стороны фюзеляжа. На внутренней поверхности образцов моделировалась коррозия. В результате коррозионный дефект представлял пятно геометрически приближенное к окружности с диаметром ё и глубиной И.
Таблица 1
Перечень групп образцов для испытаний
Уровень напряжений а^то, МПа Количество образцов Зона фюзеляжа самолета для изготовления образцов Разрушение
100 2 стр. 10, шп. 35-36 По коррозионному дефекту №1 или №2 рис. 1
135 2
А-А
Рис. 1. Внешний вид образцов с коррозией
Все образцы разрушились по коррозионному дефекту. Для определения вида коррозии изготовлялись шлифы в поперечном направлении образца. Металлография проводилась на микроскопе NU2E. Во всех случаях наблюдалась расслаивающая коррозия с рыхлой структурой поверхности, в некоторых зонах коррозионного пятна питтинги (см. рис. 2). На рис. 2 приведена кривая усталостной долговечности для образцов типа полосы с центральным отверстием, изготовленных из фрагмента обшивки фюзеляжа той же панели (материал Д16АТВ л. 1,1—2,8 (П), (Д)), значения долговечности образцов продольного заклепочного стыка обшивки фюзеляжа с нанесенным коррозионным дефектом на обшивке и вид коррозии.
Все испытания проводились в испытательной лаборатории ОНИЛ-15 при МГТУ ГА на испытательной машине MTS при отнулевом цикле нагружения, на воздухе. Частота циклического нагружения 5 Гц.
Анализ результатов испытаний
В качестве параметра коррозионного повреждения рассматривалась относительная глубина коррозионного дефекта И' = кор ( где Ь - максимальное значение глубины коррозионно-
t
го дефекта, X — толщина обшивки. Измерения проводились механически с помощью индикатора часового типа, с точностью 0,01 мм).
По полученным в процессе испытаний значениям усталостной долговечности для образцов с коррозией строились регрессионные зависимости логарифма числа циклов N до разрушения образцов по отношению к значению логарифма параметра коррозионного дефекта Ь 'кор. Результаты представлены на рис. 3. Представленные зависимости позволили построить кривые усталостной долговечности а = (см. рис. 4) для интересующего размера локального коррози-
онного дефекта типа "кратера". На рис. 4, так же как и на рис. 2 дополнительно представлена базовая кривая усталостной долговечности, построенная для образцов типа полосы с центральным отверстием, изготовленных из фрагмента обшивки фюзеляжа (материал Д16АТВ л. 1,1—2,8 (П), (Д)).
брутто
200
100
I I ! сиш
ПО В/йяб, с!=5'мм;
Материал: Д16АТВ, л I ' -Г. X мм (Д И); а=115 :'ц.
1x1®
1x1 0
1x10
1ШГ
N. ЧИСЛО ЦИКЛОВ
Рис. 2.3начения усталостной долговечности дщя испытанных образцов и характер разрушения материала обшивки от химического
травления
и»
Исследование усталостной долговечности фрагмента конструкции фюзеляжа ..
разрушения образца при о = 100 МПа и 0^7™ = 135 МПа
Рис. 4. Зависимость s - N - h^ор - Kэф . Материал обшивки Д16АТВ
На основе расчетно-экспериментальных кривых усталости построена зависимость значений эффективного коэффициента концентрации напряжений от параметра коррозионного дефекта Кэф.=Г (И' ) на базе К=105 циклов (см. рис. 5).
кор
Рис. 5. Зависимость к эф для образцов продольного заклепочного стыка обшивки фюзеляжа с коррозионным дефектом на обшивке на базе 105 циклов
На рисунке значение параметра [И^ор]=0,24 соответствует допустимому значению, при котором К эф не превышает значение равное 3. Для стандартного плоского образца с центральным отверстием К эф = 3 .
Из сетки кривых (см. рис. 4) выделим индивидуальные кривые усталостной долговечности для крайних значений (минимального и максимального) параметра коррозионного дефекта И ^ор (см. рис. 6, 7). Данные кривые служат для оценки долговечности конструктивного элемента при конкретных значениях параметра коррозионного повреждения И^ор = 0,47 (см. рис. 6) и
И 'кор = 0,7 (см. рис. 7).
О брутготах; МПа
200
100
0
1х103 1х104 1х105 1х106 К, число циклов
Рис. 6. Индивидуальная кривая усталостной долговечности для параметра коррозионного дефекта И '^р = 0,47
, брутто
, МПа
Рис. 7 Индивидуальная кривая усталостной долговечности для параметра коррозионного дефекта И Кор = 0,7
Полученные зависимости применимы только к представленному виду коррозионного поражения (расслаивающая коррозия). Для другого вида коррозии необходимо проводить дополнительные испытания.
Выводы
Получены индивидуальные кривые усталостной долговечности для образцов продольного заклепочного стыка обшивки фюзеляжа длительно эксплуатируемого самолета типа Ту-154, с искусственно нанесенным коррозионным дефектом на обшивке вблизи заклепочного шва при различных значениях параметра коррозионного дефекта И^ор. Проведен металлографический
анализ каждого коррозионного дефекта. Получено допустимое значение параметра коррозионного дефекта И^ор = 0,24, при котором значение эффективного коэффициента концентрации
напряжений не превышает К эф = 3 , принятое для образца с отверстием.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лапаев А.В., Сахин И.В. Некоторые вопросы оценки предельных состояний элементов авиаконструкций с коррозионными повреждениями // Научный вестник МГТУ ГА. — 2003. — С. 89-93
2. Гришин А.Н., Лапаев А.В., Шапкин В.С. Концепция определения уровня коррозионного повреждения листового конструкционного материала на основе расчетно-экспериментальной оценки допустимых размеров коррозионного поражения // Научный вестник МГТУ ГА № 130. — 2008. — С. 14-20
3. Акопян К.Э., Байков В.М., Бутушин С.В., Лапаев А.В., Ковалевский А.С. Оценка влияния значений параметров, характеризующих коррозионное поражение листового конструкционного материала на его долговечность // Научный вестник МГТУ ГА № 130. — 2008. — С. 21-25
4. Лапаев А.В. Оценка долговечности и предельного состояния элементов конструкции с коррозионными поражениями из сплава марки 1163 АТВ // Научный вестник МГТУ ГА № 130. — 2008. — С. 119-122
RESEARCH OF FATIGUE DURABILITY OF THE FRAGMENT OF THE DESIGN FUSELAGE PLANE TYPE ТУ-154 WITH CORROSION DAMAGE
Acopjan K.E, Baykov V.M., Grishin A.N., Kovalevsky A.S., Lapaev A.V., Shapkin V.S
In article results of tests for fatigue durability for longitudinal lap-joint skin a fuselage with rivets of the plane of type Tu-154 with artificial corrosion defect on a covering are resulted.
Сведения об авторах
Акопян Карен Эдуардович, 1966 г.р., окончил МИИГА (1993), технический представитель Авиакомпании ЮТЭЙР, автор 7 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта.
Байков Вячеслав Михайлович, 1966 г.р., окончил МГИ (1976), кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОНИЛ-15 МГТУ ГА, автор более 70 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, динамика и прочность летательных аппаратов.
Гришин Андрей Николаевич, 1957 г.р., окончил МИИГА (1983), заместитель главного конструктора ОАО "Туполев", автор 12 научных работ, область научных интересов - техническая эксплуатация самолетов Ту-154, Ту-134.
Ковалевский Александр Сергеевич, 1939 г.р., Окончил МАТИ (1970), заведующий ОНИЛ-15 МГТУ ГА, автор более 25 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, динамика и прочность летательных аппаратов.
Лапаев Артем Валерьевич, 1977 г.р., в 2000 году окончил НГТУ по специальности механика и прочность машин, в 2004 году окончил аспирантуру МГТУ ГА специальность - эксплуатация воздушного транспорта, кандидат технических наук, автор 26 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, динамика и прочность летательных аппаратов.
Шапкин Василий Сергеевич, 1961 г.р., окончил МИИГА (1984), профессор, доктор технических наук, профессор кафедры Аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, Генеральный директор ФГУП ГосНИИ ГА, эксперт Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России и Межгосударственного авиационного комитета, автор более 160 научных работ, область научных интересов - эксплуатация воздушного транспорта, прочность летательных аппаратов.
