Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Шишкин Сергей Сергеевич. Разработка метода оценки герметичности заклепочных соединений для определения оптимальных конструктивно-технологических решений : диссертация ... кандидата технических наук : 05.07.02 / Шишкин Сергей Сергеевич; [Место защиты: ГОУВПО "Московский авиационный институт (государственный технический университет)"].- Москва, 2010.- 94 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава I. Состояние вопроса в области обеспечения герметичности заклёпочных соединений и методов оценки их проницаемости 8

1.1. Общие сведения о герметичности 9

1.2. Конструкция и технология выполнения заклёпочных соединений 12

1.3. Анализ разработок в области обеспечения герметичности заклёпочных соединений вне использования герметизации 15

1.4. Анализ теоретических методов определения проницаемости механического контакта 18

1.5. Цель работы и задачи исследований 20

Глава II. Разработка методики расчёта заклёпочных соединений на герметичность при наличии сплошности контакта 24

2.1. Основные расчётные формулы для определения расхода уплотняемой среды через заклёпочные соединения 25

2.2. Эквивалентная толщина пористого слоя 28

2.3. Коэффициент проницаемости пористого слоя 30

2.4. Определение проницаемости заклёпочных соединений при неравномерном контактном давлении 34

2.5. Основные результаты главы II з

Глава III. Разработка методики расчёта контактной нагрузки в заклёпочных соединениях в исходном состоянии 39

3.1. Основные допущения и постановка задачи о формировании заклёпочного соединения 40

3.2. Расчёт контактной нагрузки при действии усилия клёпки 43

3.3. Расчёт контактной нагрузки при снятии усилия клёпки

3.4. Определение остаточных напряжений и действительной величины натяга 54

3.5. Основные результаты главы III 57

Глава IV. Распределение контактной нагрузки в заклёпочных соединениях под действием внешних сил 59

4.1. Анализ нагружения заклёпочных соединений 60

4.2. Нагружение заклёпочных соединений на сдвиг 62

4.3. Нагружение клёпаной панели на растяжение или сжатие 66

4.4. Основные результаты главы IV 76

Глава V. Влияние конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на герметичность заклёпочных соединений 77

5.1. Влияние радиального натяга на условия разгерметизации 78

5.2. Влияние натяга и других технологических факторов на герметичность заклёпочных соединений при сохранении сплошности контакта 83

5.3. Методика оценки герметичности заклёпочных соединений 88

5.4. Практический расчёт расхода уплотняемой среды через единичное заклёпочное соединение 90

Основные выводы и результаты работы 94

Литература  

Введение к работе:

Актуальность работы. Заклёпочные соединения являются основным видом соединений в современной авиации благодаря высокому ресурсу и живучести, низкой себестоимости, возможности автоматизации сборочных работ и другим факторам. Основными параметрами их качества являются статическая и усталостная прочность, а также герметичность. Обеспечение качества представляется комплексной задачей, решение которой возможно благодаря выбору оптимальных конструктивно-технологических параметров соединения, включая тип крепежа, силовую схему процесса клёпки и величину радиального натяга.

В настоящее время для выполнения потайных и непотайных соединений наибольшее применение находят стержневые заклёпки, широкое внедрение которых определяется наиболее равномерным распределением радиального натяга по толщине пакета. Величина натяга в конструкциях из лёгких сплавов, как правило, не превышает 2.5%. Выбор значения является результатом взаимной увязки и оптимизации заложенных параметров качества. Например, повышение величины натяга способствует увеличению усталостных свойств, однако является причиной значительных деформаций стыкуемых элементов при сборке.

Качество заклёпочных соединений с точки зрения герметичности не всегда адекватно уровню современной техники, что выражается в наличии определённого количества видимых утечек топлива, которые не допускаются требованиями стандартов. Причинами проницаемости является наличие микронеровностей на сопряжённых поверхностях листа и заклёпки, а также потеря сплошности их контакта, причём во втором случае величина расхода уплотняемой среды оказывается существенно выше.

Для устранения проницаемости заклёпочных соединений используется поверхностная герметизация, которая приводит к увеличению веса, а также трудоёмкости и себестоимости сборки узлов и панелей, выходящих на внешний контур. Герметизации подвергаются практически все внутренние объёмы современных самолётов, включая топливный, пассажирский и приборный отсеки. Сокращение объёма данной технологии желательно с точки зрения повышения качества изделий авиационной техники, однако такое решение возможно только при условии обеспечения герметичности другими технологическими мероприятиями.

В настоящее время герметичные свойства заклёпочных соединений в значительной степени исследуются экспериментально, причём на основе качественной оценки. Такой подход, как правило, не позволяет получить численное значение величины утечки уплотняемой среды и, следовательно, оценить её влияние на экологию, пожарную безопасность или предельную дальность полёта. Количественные требования к герметичности заклёпочных соединений не предъявлены. Поскольку наличие проницаемости присуще каждому механическому контакту, результат качественной оценки во многом определяется условиями проведения эксперимента. Качественная оценка устанавливает факт накопления утечки определённой величины, однако не даёт полной информации о причинах её возникновения. Такой подход в ряде случаев не позволяет выявить однозначную взаимосвязь между параметрами соединения и герметичными свойствами, а большое количество факторов различной природы, влияющих на проницаемость, практически исключает эмпирический поиск их оптимального сочетания.

В условиях высокой стоимости количественных методов испытаний на герметичность повышение качества заклёпочных соединений по данному критерию во многом определяется созданием соответствующих расчётных методов, которые позволят наиболее полно описать явления, протекающие в конструкциях, и увязать обеспечение герметичности с другими параметрами качества. В рамках данных методов необходимо установить количественные характеристики проницаемости, определить условия начала разгерметизации и рекомендовать оптимальные конструктивно-технологические решения.

Таким образом, разработка метода оценки герметичности заклёпочных соединений является актуальной задачей, направленной на повышение качества авиационных конструкций.

Цель диссертационной работы – разработка метода оценки герметичности заклёпочных соединений для определения оптимальных конструктивно-технологических решений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- разработать методику расчёта на герметичность заклёпочных соединений при наличии сплошности контакта;

- построить модель формирования заклёпочных соединений и определить величину контактной нагрузки в исходном состоянии;

- построить модели нагружения заклёпочных соединений и определить опасные уровни внешних нагрузок;

- выявить факторы, значимо влияющие на герметичность заклёпочных соединений, и оценить степень их воздействия.

Методы исследований основаны на классических трудах в области теоретической герметологии, теории упругости и пластичности. Для исследования напряжений разгерметизации проведены численные эксперименты с применением системы символьной математики Waterloo Maple.

Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием расчётных значений интенсивности деформаций в листах, окружных остаточных напряжений и опасных уровней внешних нагрузок данным ранее проведённых экспериментальных исследований.

Научная новизна

1. Разработан метод оценки герметичности заклёпочных соединений и определено численное значение расхода топлива через единичное соединение при сохранении сплошности контакта листа и заклёпки;

2. Предложено аналитическое решение задачи о нахождении контактной нагрузки в заклёпочном соединении в исходном состоянии и описано явление обратных пластических деформаций стержня при разгрузке;

3. Получено решение задачи о нагружении клёпаной панели на растяжение или сжатие и установлены опасные уровни внешних нагрузок, приводящие к разгерметизации.

Практическая ценность заключается в создании методики оценки герметичности заклёпочных соединений, которая может непосредственно применяться при проектировании клёпаных конструкций. Её внедрение позволит сократить объёмы испытаний на герметичность и решить вопрос о целесообразности использования герметизации. Полученные результаты численных экспериментов по определению опасных уровней внешней нагрузки и влияния на проницаемость различных конструктивно-технологических параметров являются теоретической базой для повышения герметичности заклёпочных соединений вне использования герметизации. Определение количественных характеристик проницаемости также позволяет оценить влияние утечки на эксплуатационную безопасность изделий авиационной техники.

На защиту выносятся:

- методика расчёта проницаемости заклёпочных соединений при сохранении сплошности контакта на основе теории пористого слоя;

- модель формирования ресурсных заклёпочных соединений для определения контактной нагрузки в исходном состоянии;

- модели нагружения заклёпочных соединений на сдвиг и клёпаных панелей на растяжение и сжатие;

- результаты численных экспериментов по определению опасных уровней внешних нагрузок и влияния технологических факторов на проницаемость;

- методика оценки герметичности заклёпочных соединений.

Личный вклад соискателя заключается в создании методики расчёта контактной нагрузки в ресурсном заклёпочном соединении в исходном состоянии и в результате нагружения, а также в адаптации известной методики расчёта на герметичность к принципиально новому типу конструкций. Автором выполнен весь объём теоретических изысканий, включая создание и отладку приложений при проведении численных экспериментов. В частности, автором получена формула для расчёта радиуса пластической зоны, описан эффект пластической разгрузки и решена задача о нагружении клёпаной панели в постановке Ляме – Кирша.

Работа выполнена в рамках программы целевого финансирования ОЭММПУ РАН № 1002-25-251/ОЭММПУ-12/079-076/100603-558 “Накопление повреждённости, разрушение, изнашивание и структурные изменения материалов при интенсивных механических, температурных и радиационных воздействиях”.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 5 публикациях в журналах, входящих в список ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 99 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 26 таблиц и состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и результатов работы и списка используемой литературы из 58 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net