ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛЕЕВОГО РЕМОНТНОГО СОЕДИНЕНИЯ

В условиях прогнозируемого роста объема пассажирских перевозок авиационным транспортом дополнительное внимание будет уделяться организации конкурентоспособного процесса технического обслуживания и ремонта гражданских воздушных судов. Внедрение новых технологических процессов ремонта конструкций планера самолета и применение современных информационных технологий на этапе проектирования процедур ремонта могут стать преимуществами на расширяющемся рынке услуг послепродажной поддержки воздушного флота гражданской авиации. Клеевой ремонт конструкций планера позволяет более полно использовать несущие способности конструкционных материалов, но применение технологии клеевых соединений требует более сложной процедуры прочностного расчета. Для проведения достоверных расчетов целесообразно применение современных программных пакетов конечно-элементного моделирования, возможности которых позволяют получать адекватные результаты вычислений параметров клеевого ремонтного соединения при действии циклической нагрузки. В данной статье сделан акцент на применении методов конечно-элементного моделирования развития трещины в изотропном материале и способах ускоренного вычисления отклика конструкции с трещиной на циклическое механическое воздействие. Моделирование развития трещины осуществляется при помощи методики XFEM, когда к созданной конечно-элементной аппроксимации добавляются асимптотическая функция имитации вершины трещины и функция разрыва, задающая зазор между поверхностями трещины. Моделирование усталостных свойств ремонтного соединения производится по методике прямого циклического нагружения, использующей разложение в ряд Фурье и интегрирование по времени функции нелинейного поведения материала. Результат интегрирования в каждой заданной точке истории нагружения используется в дальнейшем для прогнозирования усталостной деградации свойств материала на последующем шаге расчета и позволяет оценивать скорость развития повреждений в материале. По итогам анализа результатов расчета сделан вывод о соответствии данных численного моделирования данным натурных экспериментов и приводится оценка времени, затраченного на проведение расчета с применением методов ускоренного моделирования циклического нагружения.

1. Harrison M. MRO Forecast and Market Trends // Proceeding of IATA 12th Maintenance Cost Conference. Bangkok, 14–15 Sept. 2016.

2. Cooper T. Global Fleet & MRO Market Forecast Summary 2017–2027 [Электронный ресурс] / J. Smiley, C. Porter, C. Precourt. URL: http://www.oliverwyman.com/ourexpertise/insights/2017/feb/2017-2027-fleet-mro-forecast.html (дата обращения 09.02.2018).

3. Moores V. Views Diverge On Bonded Repairs To Primary Composite Structures. AWIN First, Oct 13, 2014 [Электронный ресурс]. URL: http://aviationweek.com/mro/views-divergebonded-repairs-primary-composite-structures (дата обращения 09.02.2018).

4. Артюхин Ю.П. Напряжения в клеевых соединениях // Исследования по теории пластин и оболочек. 1973. Вып. 8. С. 23–28.

5. Воробей В.В., Сироткин О.С. Соединения элементов конструкций из композиционных материалов. Л.: Машиностроение, 1985.

6. Кутьинов В.Ф. Расчет клеевых соединений // Проектирование, расчет и испытания конструкций из композиционных материалов. Руководящие технические материалы. М.: ЦАГИ, 1979. Вып. 7. С. 14–31.

7. Семин М.И. Проектирование клеевых соединений. М.: Машиностроение, 1982.

8. Хватан А.М. Расчет клеевого соединения с учетом пластичности клея // Ученые записки ЦАГИ. 1979. Т. Х, № 4. С. 140–143.

9. Швечков Е.И., Кудряшов А.Б., Хватан А.М. Анализ напряженнодеформированного состояния клеевого соединения // Проблемы прочности. 1985. № 9. С. 88–92.

10. Турусов Р.А. Адгезионная механика. М.: НИУ МГСУ, 2016. 228 с.

11. Фрейдин А.С., Турусов Р.А. Свойства и расчет адгезионных соединений. М.: Химия, 1990.

12. Турусов Р.А., Маневич Л.И. Метод контактного слоя в адгезионной механике // Клеи. Герметики. Технологии. 2009. № 6. С. 2–10.

13. Tomblin J.S. Bonded Repair of Aircraft Composite Sandwich Structures / L. Salah, J.M. Welch, M.D. Borgman. Report DOT/FAA/AR-03/74, 2004.

14. Baker A.A., Rose L.R.F., Jones R. Advances in the Bonded Composite Repairs of Metallic Aircraft Structure. Elsevier Ltd, 2002.

15. Куликов В.В., Петрова А.П. Применение клеев при ремонте авиационной техники: обзор литературы // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2017. № 2. С. 21–27.

16. Петрова А.П., Куликов В.В. Клеевые материалы, используемые в ремонтновосстановительных работах // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2009. № 9. С. 5–14.

17. Петрова А.П., Куликов В.В. Свойства клеевых материалов, используемых в ремонтно-восстановительных работах // Клеи. Герметики. Технологии. 2008. № 8. С. 2–12.

18. Виленц В.С. Особенности ремонта дефектов типа «отслоение-расслоение» на сотовых конструкциях из алюминиевых сплавов и композитных материалов в условиях эксплуатации // Клеи. Герметики. Технологии. 2008. № 11. С. 14–17.

19. Жадова Н.С., Лукина Н.Ф., Тюменева Т.Ю. Самоклеящиеся материалы для временного оперативного ремонта внешней поверхности изделий авиационной техники // Клеи. Герметики. Технологии. 2012. №6. С. 2–4.

20. Куликов В.В. Подготовка поверхности алюминиевых сплавов при проведении ремонта авиационной техники с применением клеев / Т.Г. Павловская, А.П. Петрова, К.Е. Захаров // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2016. № 2. С. 14–17.

21. Куликов В.В. Исследование процесса отверждения эпоксидного клея ВК-27 на поверхности фенольно-каучукового клеевого подслоя ВК-25 / В.М. Алексашин, Н.В. Антюфеева, А.П. Петрова, И.А. Шарова // Клеи. Герметики. Технологии. 2017. № 4. С. 2–5.

22. Шарова И.А. Влияние подслоя фенольно-каучуковых клеев на свойства эпоксидного клея холодного отверждения ВК-27 и его модификаций при проведении ремонта авиационной техники / В.В. Куликов, А.П. Петрова, О.А. Шуклина // Клеи. Герметики. Технологии. 2016. № 10. С. 18–21.

23. Нестеренко Б.Г. Трещинностойкость материалов обшивки конструкций гражданских самолетов // Научный вестник МГТУ ГА. 2010. № 153. С. 7–14.

24. Belytschko T., Black T. Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1999. Vol. 45, No. 5. Pp. 601–620.

25. Moës N., Dolbow J., Belytschko T. A finite element method for crack growth without remeshing // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1999. Vol. 46, No. 1. Pp. 132–150.

26. Sukumar N. Extended finite element method for three-dimensional crack modelling / N. Moës, B. Moran, T. Belytschko // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2000. Vol. 48, No. 11. Pp. 1549–1570.

27. Duong C.N., Wang C.H. On the characterization of fatigue crack growth in one-sided bonded repair // Journal of Engineering Materials and Technology. 2004. Vol. 136. Pp. 192–198.