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
Прочность летательных аппаратов

Диссертационная работа:

Гоцелюк Татьяна Борисовна. Исследование роста несквозных трещин в элементах авиационных конструкций : диссертация ... кандидата технических наук : 05.07.03 / Гоцелюк Татьяна Борисовна; [Место защиты: Новосиб. гос. техн. ун-т].- Новосибирск, 2010.- 166 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2292

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы диссертации. Действующие нормы летной годности, приведенные в АП-25, допускают эксплуатацию транспортных самолетов при наличии растущих усталостных трещин в силовых элементах конструкции. Безопасность полетов в этом случае обеспечивается по принципу «допустимости повреждения», согласно которому конструкция с трещиной в силовом элементе должна сохранять несущую способность при однократном воздействии максимальной эксплуатационной нагрузки, а длительность роста трещины от момента зарождения и до критической длины должна быть как минимум в два раза больше, чем интервал между осмотрами. В связи с этим актуальным является анализ поведения конструкции с усталостными трещинами: расчетные оценки их критических размеров и скорости роста трещин.

К наиболее трудным для анализа трещинам относятся поверхностные трещины. Оценка остаточной долговечности элементов конструкций, содержащих подобного рода дефекты, основывается на методах линейной механики разрушения с использованием характеристик трещиностойкости материалов, полученных на стандартных образцах. Практическое использование такого подхода для прогнозирования развития трещин в элементах конструкций со сложной геометрией и сложным характером нагружения наталкивается на проблему расчетной оценки коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) и проблему выбора характеристик трещиностойкости материала деталей.

Расчет КИН в реальных конструктивных элементах остается сложной задачей, особенно для трехмерных тел. Как правило, используют технику комбинирования и (или) суперпозиции типовых решений, чтобы учесть особенности геометрии и граничные условия задачи. Такой подход реализован в отечественной автоматизированной системе расчета живучести авиационных конструкций «Алтай». Однако, несмотря на обширные библиотеки типовых решений, не всегда удается получить необходимую точность расчета КИН.

Проблема выбора характеристик трещиностойкости материала деталей связана с вопросом о правомерности переноса характеристик, полученных в эксперименте на образцах при стандартных условиях нагружения и разрушении по форме отрыва, на реальную деталь. После серии технологических воздействий в процессе изготовления детали характеристики трещиностойкости материала детали могут отличаться от характеристик материала образца, при этом деталь может работать в сложных условиях нагружения (комбинация форм отрыва, поперечного и продольного сдвига).

Отмеченные проблемы актуальны в первую очередь для таких элементов авиационных конструкций как шасси и механизация крыла. Это высоконагру-женные элементы сложной формы, изготавливаемые из штамповок и поковок. Низкую надежность расчетных методов оценки длительности роста трещин в этих элементах на практике компенсируют увеличением запаса прочности, что приводит к увеличению веса и габаритов элементов. Поэтому совершенствование методики расчета остаточной долговечности массивных элементов авиаци-

онных конструкций, содержащих несквозные трещины, существенно повышающее надежность расчетных прогнозов является актуальным.

Диссертационная работа выполнена в рамках планов научно-исследовательских работ, проведенных в ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина» в 2005, 2007, 2009 годах, при поддержке гранта РНП 2.1.2.2676 «Развитие научного потенциала высшей школы 2006 - 2008 гг.», гранта РНП 2.1.2.1051 «Развитие научного потенциала высшей школы 2009 - 2010 гг.».

Целью работы является повышение точности расчетных оценок остаточной долговечности типовых элементов авиационных конструкций, содержащих дефекты в виде несквозных трещин. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

разработать алгоритм и программный модуль автоматического создания сетки сингулярных элементов на базе ANSYS для расчета КИН методом конечных элементов вдоль фронта несквозных трещин в элементах авиационных конструкций. Исследовать сходимость результатов, полученных с помощью разработанного модуля;

провести экспериментальное исследование формы фронта и кинетики развития поверхностных трещин в натурных элементах механизации крыла самолета;

определить характеристики циклической трещиностойкости материала деталей по результатам испытаний натурных деталей и стандартных образцов;

провести численное исследование зависимости КИН от геометрических параметров деталей и условий нагружения.

Методы исследования. В основе проведенных исследований лежит численное моделирование решаемых задач на базе МКЭ с применением сингулярных КЭ, обусловленных наличием фронта трещины. Наряду с численным моделированием применяются экспериментальные методы исследования характеристик роста трещин в натурных элементах конструкций и методы определения характеристик трещиностойкости материала в соответствии с ГОСТ 25.506-85 и РД 50-345-82.

Научная новизна работы определяется следующими полученными результатами:

решена задача расчета КИН с помощью МКЭ вдоль фронта несквозной трещины, имеющей эллиптическую форму, в деталях со сложной геометрической формой;

получены характеристики роста несквозных усталостных трещин в натурных элементах механизации крыла;

предложено использовать для расчета длительности роста трещин в натурных элементах характеристики трещиностойкости, полученные обработкой данных о росте трещин в деталях-прототипах или образцах, изготовленных по той же технологии, что и исследуемый элемент;

Достоверность результатов проведенных исследований основывается на использовании соотношений линейной механики разрушения и подтверждается

тестированием по известным результатам расчетов и экспериментальным исследованиям, проведенным в ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина». Практическая значимость работы:

разработанный алгоритм создания сеток сингулярных элементов реализован в виде программного модуля для конечно-элементного комплекса ANSYS и позволяет существенно снизить трудоемкость при расчете параметров разрушения для деталей сложной формы;

предложенные меры по повышению точности расчета длительности роста несквозных трещин позволят прогнозировать длительность роста трещин и установить сроки межремонтных осмотров элементов механизации крыла самолетов.

На защиту выносятся:

усовершенствованная методика расчета трехмерных элементов конструкций летательных аппаратов с несквозными трещинами, имеющими эллиптическую форму;

результаты экспериментального исследования развития усталостных трещин в натурных элементах механизации крыла и конструктивно-подобных образцах и способ определения расчетных характеристик трещиностойкости материала по этим данным;

результаты численного исследования влияния конструктивно-технологических факторов на параметры разрушения (КИН) типовых элементов конструкций.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на XIX Всероссийской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности» (г. Бийск, 2005), XII Международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (г. Москва, 2006), Школе-семинаре «Проблемы прочности авиационных конструкций и материалов» (г. Новосибирск, 2006, 2010), IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (г. Нижний Новгород, 2006), Всероссийской конференции «Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций» (г. Новосибирск, 2006), а также на Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (г. Новосибирск, 2005, 2006, 2007,2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ. В журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 3 статьи, из них 1 по направлению авиационная техника, 7 - в сборниках научных трудов Всероссийских научных конференций, съездов и симпозиумов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 144 наименований и приложения. Диссертация изложена на 164 страницах основного текста, в том числе 102 рисунка и 13 таблиц.


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