Научная статья на тему 'Слоистые гибридные материалы на основе листов из алюминий-литиевых сплавов'

Слоистые гибридные материалы на основе листов из алюминий-литиевых сплавов Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

CC BY
67
13
Поделиться
Ключевые слова
СЛОИСТЫЙ АЛЮМОСТЕКЛОПЛАСТИК / ГИБРИДНЫЙ МАТЕРИАЛ / ВЫСОКОПРОЧНЫЙ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫЙ СПЛАВ / FIBER METAL LAMINATES / HYBRID MATERIAL / HIGH-STRENGTH AL-LI ALLOY

Аннотация научной статьи по машиностроению, автор научной работы — Антипов В.В., Серебренникова Н.Ю., Шестов В.В., Сидельников В.В.

Появление металлополимерных слоистых материалов логический шаг в развитии идеи, технологии и опыта широкого применения клееных слоистых материалов и конструкций, обладающих повышенной живучестью и надежностью. Такие материалы являются новым семейством конструкционных гибридных листовых материалов, предназначенных для использования в элементах летательных аппаратов. Металлополимерные материалы включают тонкие металлические листы и промежуточные тонкие слои полимерных композитов, состоящих из термореактивных или термопластичных связующих с высокопрочными армирующими волокнами. Уникальный комплекс характеристик слоистых металлополимеров (высокая трещиностойкость и удельная статическая прочность, хорошие выносливость, коррозионные и ударные свойства, повышенная пожаростойкость) по сравнению с монолитными алюминиевыми листами делает этот материал перспективным для будущих поколений авиационных конструкций.

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Антипов В.В., Серебренникова Н.Ю., Шестов В.В., Сидельников В.В.,

Laminated hybrid materials on basis of Al-Li alloy sheets

Creation of metal-polymeric laminates is a logical step in development of the idea, technology and experience of wide application of adhesive laminates and structures possessing a higher survivability and reliability. They appeared to be a new family of structural hybrid sheet materials, designated, first of all, for a usage in primary components of aircraft. They include thin metallic sheets and intermediate thin interlayers of polymeric composites, consisting of thermosetting or thermoplastic binders with high-strength reinforced fibers. The unique combination of fiber metal laminates (FML) characteristics (high crack resistance and specific static strength, good fatigue, corrosion, impact performances, fire resistance) makes this material as the advanced one for future generation of aviation structures in comparison with monolithic aluminium sheets.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Слоистые гибридные материалы на основе листов из алюминий-литиевых сплавов»

УДК 669.018.29

В.В. Антипов1, НЮ. Серебренникова1, В.В. Шестое1, В.В. Сидельников1

СЛОИСТЫЕ ГИБРИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НА ОСНОВЕ ЛИСТОВ ИЗ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ

СПЛАВОВ

DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-212-224

Появление металлополимерных слоистых материалов — логический шаг в развитии идеи, технологии и опыта широкого применения клееных слоистых материалов и конструкций, обладающих повышенной живучестью и надежностью. Такие материалы являются новым семейством конструкционных гибридных листовых материалов, предназначенных для использования в элементах летательных аппаратов. Металлополимер-ные материалы включают тонкие металлические листы и промежуточные тонкие слои полимерных композитов, состоящих из термореактивных или термопластичных связующих с высокопрочными армирующими волокнами.

Уникальный комплекс характеристик слоистых металлополимеров (высокая трещиностойкость и удельная статическая прочность, хорошие выносливость, коррозионные и ударные свойства, повышенная по-жаростойкость) по сравнению с монолитными алюминиевыми листами делает этот материал перспективным для будущих поколений авиационных конструкций.

Ключевые слова: слоистый алюмостеклопластик, гибридный материал, высокопрочный алюминий-литиевый сплав.

V.V. Antipov, N.Yu. Serebrennikova, V.V. Shestov, V.V. Sidelnikov

Laminated hybrid materials on basis of Al—Li alloy sheets

Creation of metal-polymeric laminates is a logical step in development of the idea, technology and experience of wide application of adhesive laminates and structures possessing a higher survivability and reliability. They appeared to be a new family of structural hybrid sheet materials, designated, first of all, for a usage in primary components of aircraft. They include thin metallic sheets and intermediate thin interlayers of polymeric composites, consisting of thermosetting or thermoplastic binders with high-strength reinforced fibers.

The unique combination of fiber metal laminates (FML) characteristics (high crack resistance and specific static strength, good fatigue, corrosion, impact

1 Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» Государственный научный центр Российской Федерации [Federal state unitary enterprise «АН-Russian scientific research institute of aviation materials» State research center of the Russian Federation]; e-mail: admin@viam.ru

performances, fire resistance) makes this material as the advanced one for future generation of aviation structures in comparison with monolithic aluminium sheets.

Keywords: fiber metal laminates, hybrid material, high-strength Al—Li alloy.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 6.2. «Слоистые трещиностойкие, высокопрочные металлопо-лимерные материалы» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [l].

В настояшее время ведутся работы по созданию слоистых гибридных металлополимерных композиционных материалов (СИАЛ - в России, GLARE - за рубежом), которые являются новым классом конструкционных листовых материалов, предназначенных для использования в элементах летательных аппаратов (обшивка фюзеляжа). Такие материалы обладают высоким сопротивлением развитию трешины усталости, пониженной плотностью и высокой прочностью по сравнению с монолитными алюминиевыми листами [l-З].

Во ФГУП «ВИАМ» ведутся работы по разработке, изготовлению и испытанию слоистых гибридных материалов. В институте имеются лаборатории, занимаюшиеся разработкой и освоением алюминиевых сплавов и полуфабрикатов, клееных материалов и стеклопластиков. Слоистые клееные материалы и конструкции широко применены в широкофюзеляжных самолетах Ил-86, Ил-96 и др. Разработаны методы формования в автоклавах и прессах слоистых конструкций с предварительной подготовкой поверхности листов из алюминиевых и алюминий-литиевых сплавов.

В институте имеется большой опыт испытаний комплекса механических, коррозионных, технологических свойств материалов применительно к условиям работы самолетных конструкций. Испытания СИАЛов базируются на методах определения статических и усталостных свойств, характеристик трешиностойкости (d//dN, Kj и др.), принятых для листов из алюминиевых сплавов, а также на методах испытания клеевых соединений (на сдвиг, отслаивание). Коррозионные испытания выполняются в различных средах: искусственных - тропический климат и солевой туман, естественная атмосфера; морская и промышленная среды.

Алюмостеклопластик типа СИАЛ состоит из тонких листов толшиной 0,3-0,5 мм алюминиевых (ll63, Д16ч., В95п.ч.) или алюминий-литиевых (l44l, В-1469) сплавов и прослоек толшиной 0,2-0,5 мм из пластика на основе клеевых препрегов, армированных высокопрочными стеклона-полнителями (рис. 1). Изготавливают СИАЛы преимушественно автоклавным формованием. Расположение и количество монослоев определяется назначением и габаритами детали [4, 5].

Рис. 1. Структура пятислойного равнопрочного алюмостеклопластика

В настоящее время во ФГУП «ВИАМ» разработан алюмостеклопла-стик на базе алюминий-литиевого высокотехнологичного сплава марки 1441 пониженной плотности (^=2,59 г/см3) [6, 7]. Для повышения прочностных характеристик также разработан новый алюмостеклопластик на базе листов из сплава В-1469, обладающий более высокими удельной прочностью и пределом текучести по сравнению со сплавом 1441. Эта композиция обеспечила повышение предела текучести алюмостеклопластика при сохранении характеристик выносливости и трещиностойкости на высоком уровне [8, 9].

Применение листов из высокомодульных алюминий-литиевых сплавов пониженной плотности 1441 и В-1469 в составе слоистого алюмостеклопластика обосновывается следующими преимуществами:

- исследования и испытания листов из сплава марки 1441 показали, что по комплексу прочностных и ресурсных характеристик они не уступают листам из сплава типа дуралюмин марки 1163-Т (зарубежный аналог -сплав марки 2524-Т3) в естественно состаренном состоянии, которые считаются во всем мире наиболее ресурсными и применяются до настоящего времени в качестве обшивок фюзеляжа современных самолетов;

- сплав В-1469 по удельной прочности превосходит существующие алюминиевые деформируемые сплавы и при этом обладает высокими характеристиками трещиностойкости и усталостной долговечности;

- сплав марки 1441 обладает наилучшей технологичностью при холодной прокатке среди алюминий-литиевых сплавов - из него можно изготавливать рулонным методом тонкие (толщина 0,3-0,5 мм) листы с различным состоянием поверхности;

- правильно подобранные допустимая степень деформации и режим промежуточного смягчающего отжига позволили получить листы толщиной до 0,5 мм из сплава В-1469 без применения дополнительных промежуточных отжигов и технологической плакировки;

- помимо низкой плотности и повышенного модуля упругости листы из сплавов В-1469-Т1 и 1441-Т11 обладают повышенными теплостойкостью и температурой эксплуатации до 120 вместо 80°С для сплавов типа дуралюмин.

Зарубежный алюмостеклопластик GLARE применен для верхних обшивок, горизонтального и вертикального хвостового оперения и соединительных лент отсеков фюзеляжа самолета А-380 (~470 м2 материала), что привело к снижению массы элементов конструкции более чем на 500 кг [9]. Максимальный размер панелей фюзеляжа из материала GLARE составляет 10,5X3,5 м (табл.1).

Таблица 1

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Разработанные типы материала СИАЛ (зарубежный аналог — GLARE)

СИАЛ GLARE Направление армирующих монослоев в пластике

Марка А1 лист Марка** A1 лист

СИАЛ-1* В95о.ч.-Т2 GLARE 1 7475-Т76 Однонаправленное [0°/0°1

СИАЛ-1-1*. СИАЛ-1-1Р** 1441-Т11 GLARE 2 (GLARE 2А GLARE 2B) 2024-ТЗ То же

СИАЛ-1-4Р** В-1469-Т1

СИАЛ-3-1*. СИАЛ-3-1Р** 1441-Т11 GLARE 3 2024-Т3 Перекрестное [0°/90°]

СИАЛ-2* Д16ч.-Т, 1441-Т11 GLARE 4 (GLARE 4A, GLARE 4B) 2024-Т3 Перекрестное [0°/90°/0°]

- - GLARE 5 2024-Т3 Перекрестное [0°/90°/90°/0°]

СИАЛ-3-2Р** 1441-Т11. В-1469-Т1 - - Перекрестное [0°/90°]

СИАЛ-3-6Т* АВТ1, 1441-Т11 - - То же

* Армирование стеклотканью.

** Армирование стеклоровингом.

Слоистые материалы обладают уникальным комплексом свойств по сравнению с монолитными алюминиевыми листами: высокой трещино-стойкостью - на порядок выше значения сопротивления роста трещины усталости (СРТУ: ё//^<0,3 мм/кцикл при ДК=31 МПал/м), пониженной плотностью - на 10-15%, высокой прочностью (ив>600 МПа), а также повышенными пожаростойкостью, ударостойкостью и достаточной коррозионной стойкостью (табл. 2).

Таблица 2

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Основные свойства равнопрочного СИАЛа на базе листов сплавов марок 1441-Т11 и 1163-АТ

Материал Ов, МПа Е, ГПа МЦУ: N. кцикл (при с>тск=157 МПа; /=5 Гц; К,=2,5) d//dN, мм/кцикл (при АК=31 МПа^М) КС, МПал/м Л, кг/м3

СИАЛ-3-1Р (на базе сплава 1441) 635 64 160 0,15 85 2370

СИАЛ-3 (на базе сплава 1163) 600 55 110 0,15 66 2470

Сплав 1441-РДТ11 450 79 140 1,4 90 2600

Сплав 1163-АТ 430 70 110 1,8 66 2700

Сопротивление распространению пламени особенно важно для больших широкофюзеляжных самолетов, пассажиры которых по правилам должны покинуть самолет в течение 90 с в случае пожароопасной ситуации.

Как показывает анализ, СИАЛы способны существенно повысить сопротивление распространению пламени при пожаре (по сравнению с монолитными листами из алюминиевых сплавов) ввиду особенностей своей слоистой структуры и состава.

Для оценки пожаростойкости СИАЛов проведены две серии испытаний горизонтально расположенных листовых образцов на лабораторных установках при одностороннем воздействии открытого пламени газовой горелки и в закрытой камере.

Процедуру проведения испытаний и критерии оценки работоспособности материалов выполняли с учетом требований Авиационных правил. Сквозное прогорание образцов регистрировали визуально, кроме того, фиксировали температуру над поверхностью образца, расслоения, дымо-выделение и искривление.

У всех типов структур СИАЛов отсутствовало сквозное прогорание при воздействии пламени с температурой 950°С в течение 15 мин, однако наблюдалось прогорание первого алюминиевого листа и двух монослоев первого слоя стеклопластика со стороны пламени.

Сквозное прогорание отсутствовало также при температуре 1100°С при увеличении многослойности материала со структурой 4/3 (до семи слоев) и количества монослоев (до четырех) в слое стеклопластика.

Как показали исследования, листы алюмостеклопластиков обладают высокими теплозащитными свойствами: со стороны, противоположной пламени, на расстоянии 100 мм температура воздуха остается сравнительно низкой (не выше 120°С) в течение 5 мин.

На основании анализа характера разрушения установлен следующий механизм противодействия разрушению СИАЛов. Тонкие алюминиевые

листы (толщиной 0,3-0,5 мм) в составе материала (независимо от алюминиевого сплава) прогорают через ~15 с. Расположенные за алюминиевыми листами слои пластика, в состав которых входят армирующие стеклянные (жаропрочные) волокна с температурой плавления ~1700°С, что выше температуры пламени, создают барьер огню. При этом эпоксидная матрица слоя пластика подвергается термодеструкции (температура коксования 300-350°С), вызывая образование газообразных продуктов и расслоение материала, что позволяет проходить воздуху через промежуточные слои и действовать как дополнительный изолирующий эффект от потока пламени. Поэтому сквозного прогорания СИАЛа не происходит, так как распространению пламени противодействуют два фактора - наличие стекловолокон и расслоение материала.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Таким образом, слоистые СИАЛы, в том числе на базе листов алюминий-литиевого сплава марки 1441, обладают повышенной пожаростой-костью по сравнению с монолитными алюминиевыми листами и позволяют увеличить продолжительность проникновения пламени, сохранить структурную жесткость конструкции и тем самым увеличить время эвакуации пассажиров из самолета.

Квалификационные испытания на способность ограничивать распространение пламени материала СИАЛ были проведены в 2011 г. в специализированной лаборатории АСЦ ГосНИИ ГА. Результатами огневых стендовых испытаний установлено отсутствие сквозного прогорания образцов слоистого материала СИАЛ.

Изучение стойкости к ударным нагрузкам перспективного конструкционного слоистого алюмостеклопластика имеет два важных аспекта. С одной стороны, это изыскание принципов создания специальных ударостойких композиций для применения в качестве внутренних обшивок, подвергающихся постоянным ударным воздействиям (панели пола, грузовые отсеки), взамен полимерных композиционных материалов и алюминиевых листов. С другой стороны, необходимо оценить стойкость к удару разрабатываемой композиции алюмостеклопластика при применении в качестве внешних обшивок фюзеляжа.

Ударные повреждения - одни из самых характерных видов эксплуатационных повреждений самолетов после усталостных и коррозионных. Листы из традиционных алюминиевых сплавов устойчивы к удару и ремонтируются, когда возникает трещина или глубина вмятины достигает критической величины. Полимерные композиты типа углепластиков существенно теряют свойства после удара, часто без образования видимых повреждений.

Для сравнительных исследований выбрали относительно доступную и простую методику испытаний падающим грузом со средней скоростью соударения 5 м/с. Низкоскоростной удар (<10 м/с) часто наблюдается

при падениях инструмента, при столкновениях с грузовыми контейнерами, тележками в процессе технического обслуживания самолетов. В результате проведенных испытаний выявлено, что ударостойкость алю-мостеклопластиков возрастает с увеличением толщины металлических слоев и применением перекрестного армирования слоя пластика, с увеличением общего количества слоев в композите.

Исследования образцов после испытаний показали, что слоистый алюмостеклопластик имеет специфические особенности ударной деформации. В месте удара сферическим наконечником формируется лунка не сферической (как у монолитных алюминиевых сплавов), а эллиптической формы. Большая ось эллипса ориентирована в направлении основного армирования. По мере увеличения энергии удара, остаточная деформация и размеры отпечатка растут.

Разрушение носит локальный характер. При этом направление трещины во всех случаях совпадает с большой осью эллипса зоны деформации. Трещина во всех случаях образуется на выпуклой поверхности, т. е. стороне противоположной нанесению удара. Анализ микроструктуры показал, что в образцах, деформированных с энергией меньше критической (когда в металлических листах трещина еще отсутствует), в зоне ударной деформации возможно возникновение тонких трещин в связующем. При ударах с большей энергией наступает другой вид повреждения - отслаивание стеклопластика от алюминиевых слоев, а затем разрыв стекловолокон в слое пластика.

Измерение толщины слоев образцов алюмостеклопластика с трещиной до и после удара показало, что толщина первого (вогнутого) металлического слоя не изменяется, а противоположный (выпуклый) металлический лист становится тоньше на 15-20%.

Установлено, что стойкость к низкоскоростным ударным нагрузкам, оцененная по удельной энергии удара, у пятислойного (3/2) равнопрочного слоистого алюмостеклопластика выше в 1,5 раза, чем у монолитных листов алюминиевых сплавов толщиной 1,5 мм.

Анализ схем соединений алюмостеклопластиков, используемых в зарубежных и отечественных конструкциях (изделия А-380, А-400 и Бе-103) при изготовлении крупногабаритных обшивочных панелей фюзеляжа, показал, что применяются в основном два типа соединения: соединение клепкой (как это делается для соединения монолитных алюминиевых листов планера) и сращивание слоев, что позволяет увеличить размеры обшивочного листа и осуществлять плавный переход толщин обшивки для усиления различных мест - например, вырезов под иллюминаторы.

Клепаные соединения из СИАЛов могут быть выполнены внахлест, встык или по стрингерному типу. Соединение внахлест - это соединение, в

котором элементы конструкции накладываются один на другой. Стрингерное соединение - это соединение, при котором обшивку крепят к стрингеру, шпангоуту или нервюре. Соединение встык - это соединение двух элементов при помощи одной или двух накладок, расположенных сверху или снизу стыка. Это особенно распространенный вид соединения при клепке обшивки фюзеляжа, крыла и других агрегатов к каркасу.

По результатам проведенных исследований установлено, что все рассматриваемые ранее варианты соединений алюмостеклопластиков могут быть использованы в конструкции в зависимости от конкретного назначения и условий эксплуатации.

Материал СИАЛ на базе листов сплава марки 1441 используется для молниезащитных элементов обшивки крыла самолета Бе-103 (рис. 2). Он рекомендован в качестве обшивок, противопожарных перегородок, соединительных лент, поясов безопасности (стопперов), обеспечивающих повышенный ресурс и весовую эффективность перспективных российских конструкций авиационной техники.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Рис. 2. Самолет-амфибия Бе-103

Уникальный комплекс характеристик слоистых алюмостеклопластиков по сравнению с монолитными алюминиевыми листами делает этот материал перспективным для будущих поколений авиационных конструкций.

Во ФГУП «ВИАМ» продолжаются работы по разработке слоистых гибридных материалов для применения в обшивках крыла самолета взамен используемых традиционных монолитных обшивок из плит (листов, прессованных панелей) из алюминиевых сплавов. Новые слоистые материалы обеспечат снижение массы, существенное повышение значений сопротивления СРТУ и увеличение несущей способности элементов конструкции при сжатии [10].

Материалы (СИАЛ и GLARE) используются в виде относительно тонких обшивок фюзеляжа толщиной до 2,5 мм с максимальной структурой 6/5 (где 6 - количество алюминиевых листов; 5 - количество прослоек стеклопластика). Для обшивок крыла самолетов средних размеров (Ту-204, А-320, В-737) толщина полотна панелей составляет 5-7 мм. Для получения указанных толщин панелей крыла требуется большая мно-гослойность тонких алюминиевых листов и стеклопластиков, что ведет к повышению трудоемкости при изготовлении многослойных панелей (увеличивается количество анодированных листов и операций ручной выкладки клеевых стеклоармированных препрегов). Поэтому целесообразно использовать не целиком многослойную композицию материалов типа СИАЛ/GLARE, а только выборочно, применяя в конструкции слоистой обшивки крыла монолитные алюминий-литиевые листы толщиной 1,5-2,0 мм наряду с прослойками СИАЛа на базе тонких алюминий-литиевых листов толщиной 0,3-0,5 мм.

Обшивка крыла должна быть достаточно жесткой, чтобы она не теряла устойчивость. Это можно осуществить правильной расстановкой ребер жесткости с определенным шагом, в качестве которых применяют стрингеры, изготовленные из прессованных или гнутых листовых профилей (рис. 3). Для соединения внешних монолитных листов и листов СИАЛ используют клеевые препреги, которые подбирают в зависимости от схемы расположения и толщины алюминиевых листов в структуре гибридного материала - с разным объемным содержанием клеевого связующего и стеклонаполнителя [11].

Рис. 3. Строение слоистой гибридной панели крыла

С учетом того, что толщина внешних листов (1,5-2,0 мм) приблизительно в 5 раз больше, чем внутренних тонких листов (0,3-0,5 мм) в составе СИАЛа, для их приклеивания использовали клеевой препрег с пониженным содержанием армирующего наполнителя, который обеспечивает максимальный уровень прочности клеевых соединений.

Сотрудники ФГУП «ВИАМ» совместно с ПАО «Туполев», ПАО «ВАСО» и ФГУП «ЦАГИ» разработали, изготовили и провели всесторонние исследования фрагмента прототипа гибридной панели крыла самолета Ту-204 [12-15]. Благодаря своей многослойной структуре, строению и характеристикам исходных компонентов слоистые гибридные панели для обшивок крыла на базе листов разной толщины из алюминий-литиевых сплавов обладают высокими свойствами (табл. 3).

Таблица 3

Свойства материалов толщиной ~5,0 мм для обшивок крыла (направление Д)

Свойства Значения свойств

слоистой гибридной монолитной панели из плиты

панели (листа) сплава В95о.ч.-Т2

Плотность кг/м3 2450 2850

Предел прочности при растяжении ов, МПа 710-730 510-520

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Предел текучести о02, МПа 450-460 435-440

Относительное удлинение 65, % 4,0-4,5 11,0-11,5

Модуль упругости Е, ГПа 68-70 70-72

Удельная прочность ов/й, км (усл. ед.) 29,3 18,0

СРТУ: ЫШ, мм/кцикл (при ДК=31 МПаТм) 0,15-0,20 2,6-3,0

К], МПаТм (при 5=140 мм) 95-105 90-95

МЦУ: кцикл (при от„=157 МПа; 1=5 Гц) 200 180

Нагрузка потери устойчивости Рт„, кН 1860-1880* 1570**

* Экспериментальные значения, полученные при испытаниях двух конструктивно-подобных четырехстрингерных образцов размером 445 X 600 мм.

** Расчетное значение для четырехстрингерного образца размером 445 X 600 мм из монолитной панели сплава В95о.ч.-Т2.

Оценку свойств, помимо стандартных образцов на растяжение, сжатие, СРТУ и усталость, проводили на четырехстрингерных конструктивно-подобных образцах - определяли несущую способность при сжатии (рис. 4). Конструктивно-подобные образцы состояли из слоистой гибридной обшивки на базе листов (толщиной 1,5 мм) из алюминий-литиевого сплава В-1469-Т1 и СИАЛа на тонких листах (толщиной 0,35 мм) алюминий-литиевого сплава 1441-Т11 и слоев стеклопластика с разным объемным содержанием армирующего наполнителя, а также стрингеров в виде прессованных профилей из алюминий-литиевого сплава В-1469-Т1. Четырехстрингерные конструктивно-подобные образцы торцевыми плоскостями устанавливали на опорную плиту испытательной машины таким образом, чтобы центр жесткости сечения совпадал с

Рис. 4. Четырехстрингерный конструктивно-подобный образец на испытательном стенде

центральной силовой линией нагружающих плит испытательной машины. Тензорезисторы и датчики линейных перемещений фиксировали начало искривления (местную потерю устойчивости) обшивки, ее развитие и потерю несущей способности гибридной панели в целом.

Деформирование панели происходило с постоянной скоростью 1,25 мм/мин от действия непрерывно увеличивающейся, равномерно распределенной по их торцам, сжимающей нагрузки (согласно разработанной программе испытаний, в несколько этапов: 300; 1000; 1500 кН; с последующей разгрузкой до 0 после каждого этапа нагружения). Проводили непрерывную регистрацию измерения относительной деформации и визуальный контроль за поведением деформируемой панели. Видимых нарушений целостности и остаточных деформаций в процессе нагружения обнаружено не было. Относительные деформации при разгрузке возвращались практически к нулю. На-гружение панели осуществляли до исчерпания ее несущей способности.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что местная потеря устойчивости слоистой гибридной обшивки провоцирует искривление стрингеров и вызывает потерю несущей способности всей панели при с =430 МПа (при нагрузке Р =1880 кН).

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

г кр у г г тах '

Применение перспективного слоистого гибридного композиционного материала для изготовления верхних и нижних панелей крыла взамен используемых монолитных панелей из плит высокопрочного алюминиевого сплава В95о.ч.-Т2 позволит повысить весовую эффективность - до 15%, сопротивление СРТУ (более чем в 10 раз) за счет строения и компонентов слоистого материала, а также увеличить несущую способность элементов конструкции при сжатии (до 20%).

Слоистые гибридные алюмополимерные материалы на базе листов из алюминий-литиевых сплавов разной толщины и слоев алюмостеклопла-стика могут быть использованы в обшивках крыла взамен монолитных плит (листов, прессованных панелей) из алюминиевых сплавов. Толщина обшивки может быть изготовлена переменной, в соответствии с условиями эксплуатации крыла: тонкой - в концевой части крыла, и максимальной толщины - в корневых сечениях при соединении с фюзеляжем.

Необходимая сложная конфигурация обшивки может быть создана с помощью автоклавного формования. Применение метода сращивания дает возможность изготавливать панели крыльев требуемой длины и ширины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3-33. DOI: 10.18577/20719140-2015-0-1-3-33.

2. Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Лукина Н.Ф., Сидельников В.В., Шестаков В.В. Слоистые металлополимерные композиционные материалы // Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 226-230.

3. Антипов В.В., Сенаторова О.Г. Новый класс гибридных конструкционных материалов // Металлы Евразии. 2015. №2. С. 54-55.

4. Каблов Е.Н. ВИАМ: Продолжение пути // Наука в России. 2012. №11. С. 16-21.

5. Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Лукина Н.Ф., Сидельников В.В., Шестов В.В. Конструкционные слоистые материалы СИАЛ // Клеи. Герметики. Технологии. 2012. №6. С. 13-17.

6. Шестов В.В., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Сидельников В.В. Конструкционные слоистые алюмостеклопластики 1441-СИАЛ // МиТОМ. 2013. №9. С. 28-32.

7. Антипов В.В., Лавро Н.А., Сухоиваненко В.В., Сенаторова О.Г. Опыт применения Al-Li сплава 1441 и слоистого материала на его основе в гидросамолетах // Цветные металлы. 2013. №8. С. 46-50.

8. Vlot Ad. GLARE history of the development of a new aircraft material. Kluwer Academic Publishers, 2001. 222 p.

9. Шестов В.В., Антипов В.В., Серебренникова Н.Ю., Нефедова Ю.Н. Высокопрочный слоистый материал на основе листов из алюминий-литиевого сплава // Технология легких сплавов. 2016. №1. С. 119-123.

10. Антипов В.В., Серебренникова Н.Ю., Сенаторова О.Г., Морозова Л.В., Лукина Н.Ф., Нефедова Ю.Н. Гибридные слоистые материалы

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

с небольшой скоростью развития усталостной трещины // Вестник машиностроения. 2016. №12. С. 45-49.

11. Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Лукина Н.Ф., Шестов В.В. Использование клеевых препрегов в слоистых гибридных конструкциях на основе алюминий-литиевых сплавов и СИАЛа // Новости материаловедения. Наука и техника: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №3. Ст. 03. URL: http://www.materialsnews. ru (дата обращения: 24.11.2016).

12. Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ерасов В.С., Каширин В.В. Гибридные слоистые материалы на базе алюминий-литиевых сплавов применительно к панелям крыла самолета // Авиационные материалы и технологии. 2016. №3 (42). С. 3-8. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-3-3-8.

13. Антипов В.В., Орешко Е.И., Ерасов В.С., Серебренникова Н.Ю. Гибридные материалы для применения в условиях Севера // Механика композитных материалов. 2016. №5. С. 1-18.

14. Каблов Е.Н., Антипов В.В., Клочкова Ю.Ю. Алюминий-литиевые сплавы нового поколения и слоистые алюмостеклопластики на их основе // Цветные металлы. 2016. №8. С. 86-91.

15. Подживотов Н.Ю., Каблов Е.Н., Антипов В.В., Ерасов В.С., Серебренникова Н.Ю., Абдуллин М.Р., Лимонин М.В. Слоистые металлополимерные материалы в элементах конструкции воздушных судов // Перспективные материалы. 2016. №10. С. 5-19.