CC BY
51
_________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦЛГИ
Том XXXII 2 001
№1—2
УДК 629.735.33.015.4:539.43
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАСЧЕТА ЖИВУЧЕСТИ КОНСТРУКЦИЙ «АЛТАЙ»
А. Д. Дементьев
Описана автоматизированная система расчета живучести конструкций «Алтай», которая позволяет производить расчет остаточной прочности и длительности роста трещин для сложных элементов конструкции.
Опыт эксплуатации конструкций различного назначения показывает, что избежать появления дефектов (производственных, случайных), трещин (усталостных, коррозионных) практически невозможно, Создание безопасно повреждающихся (живучих) конструкций — надежный метод обеспечения безопасной эксплуатации конструкций широкого спектра назначения. Для унификации расчетов по живучести и снижения трудоемкости расчетных исследований, что необходимо при сертификации авиаконструкций по условиям усталостной прочности (нормы НЛГС-3, АП-25, РАЯ-25), создана автоматизированная система расчета живучести «Алтай» [1].
В настоящее время система «Алтай» эксплуатируется в ряде ОКБ авиационной промышленности.
1. Общие сведения о системе. Система позволяет производить расчет коэффициента интенсивности напряжений (КИН); остаточной прочности; длительности роста трещин (ДРТ) с учетом эффектов взаимодействия нагрузок.
Система имеет графический оконный интерфейс, графический вывод результатов расчета на русском и английском языках.
Система использует следующие системы единиц: техническую российскую; СИ; английскую.
Система осуществляет преобразование результатов расчета в любую альтернативную систему единиц.
Система имеет развитую подсистему диагностики ошибок пользователя.
В соответствии с функциональными возможностями система состоит из подсистем:
— расчета коэффициента интенсивности напряжений;
— настройки расчетной системы;
— расчета остаточной прочности;
— расчета длительности роста трещин.
Объем программирования по системе составляет около 30000 операторов на языке C++; используется объектно-ориентированное программирование.
2. Подсистема расчета КИН. Основу подсистемы составляет база данных по КИН, которая позволяет задавать решения для КИН в численном виде либо в виде аппроксимирующих функций. В настоящее время в нее включено около 70 наиболее часто используемых решений (сквозные и несквозные трещины в пластинах, трубах, стержнях, оболочках, около концентраторов напряжений, в подкрепленных панелях). Меню подсистемы приведено на рис. 1. Для построения более сложных решений из имеющихся в базе данных решений используются метод комбинирования решений (compounding) и метод суперпозиции решений (superposition). Процесс построения этого решения автоматизирован.
Рис. 1. Внешний вид интерфейса системы
3. Подсистема настройки расчетной системы. Данная подсистема позволяет:
— заказать для контроля копию данных, Вводимых пользователем;
— определить систему единиц, в которой предполагается работать;
— заказать преобразование результатов расчета в любую альтернативную систему единиц;
— задать язык (русский/английский) для вывода результатов расчета.
4. Подсистема расчета остаточной прочности. Данная подсистема позволяет производить расчет остаточной прочности согласно:
— линейной упругой механике разрушения (ЛУМР);
— подхода Е. М. Морозова [2];
— подхода Г. И. Нестеренко для подкрепленных панелей [3]; '
— подхода, основанного на достижении критических напряжений в нетто-сечении.
5. Подсистема расчета длительности роста трещин. Данная подсистема позволяет производить расчет длительности роста усталостных трещин с учетом эффектов взаимодействия нагрузок. Подсистема может работать в режиме поциклового счета и в режиме ускоренного счета, при котором время расчета сокращается в 3—100 раз. Подсистема позволяет также вводить и использовать экспериментальные длительности. При расчете скорости роста трещин можно использовать уравнения Формана, Уолкера, Уолкера — Чанга.
Эффекты взаимодействия нагрузок можно оценить с помощью следующих моделей: линейной, Уилера, обобщенной модели Уилленборга, Уилленборга — Чанга.
В качестве усталостного нагружения в подсистеме используется:
— последовательность из полетов (подблоков) разных типов (flight-by-flight), причем можно определить периодические полеты (подблоки) в последовательности, а также периодические ступени нагрузок в любых полетах (подблоках);
— случайное нагружение для нижней поверхности крыла типа TWIST.
6. Технология проведения расчета живучести. В качестве демонстрации технологии проведения расчета с помощью системы «Алтай» рас-
Пвоудлвва трещины I мм
Каод ЛУМР; Х^МПйУм], 134.04. 185.6(216.8)
Ппдаретташшв. «рлСШЬ}: ЯЙ.Зв
Рис. 2. Остаточная прочность подкрепленной панели крыла
2 -
-а.5(______________I.________________£_______________1........ «_______________|_______________! __________;
О 600 1000 1500 2000 2500 3000 .1500
Число экстремумов
Н&груака (1*й04.Ык); -0.376(ш1п) 2.1(тах) 2.1(таэг раамах)
Поле? (1655-1857); -0.3?б(ш1о) 2.1(годж) 1.21{тах размах)
Рис. 3. Фрагмент усталостного нагружения нижней панели крыла
1~/швекнва модель ¿N(1^); 2164(25,165.6)
2~о6овщеннаа модель Уклпевборгя ДК(10ДС): 3337(26,185,8)
Рис. 4. Длительность роста усталостной трещины в нижней панели крыла
смотрена типовая подкрепленная панель нижней поверхности крыла из материала 1163Т7 с трещиной в обшивке под разрушенным стрингером. График остаточной прочности представлен на рис. 2, фрагмент усталостного нагружения — на рис. 3, длительность роста усталостной трещины — на рис. 4. По приведенным результатам определяется критическая по-лудлина трещины — 185,6 мм (для эксплуатационных напряжений
аэ - 215,8 МПа), а также длительность роста трещины AN от минимально обнаруживаемой полудлины 1$ (например, равной 25 мм) до критической (3337 полетов для расчета по обобщенной модели Уилленборга). По дли-
тельности роста трещины оценивается периодичность осмотров конструкции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Dementev A. D. ALTAI system for structural damage tolerance analysis. Experimental facilities and aircraft certification//lntemational symposium.— Zhukovsky, Russia.— 1995.
2. Парт он В. 3., Морозов E. М. Механика упруго-пластического разрушения.— М.: Наука.— 1974.
3. Нестеренко Г. И., Селихов А. Ф. Применение принципов эксплуатационной живучести при создании широкофюзеляжных самолетов.
В кн.: Прочность самолетных конструкций.— М.: Машиностроение.— 1982.
Рукопись поступила 1/VII1999 г.
