Preview

Научный вестник МГТУ ГА

Расширенный поиск

Определение критериев прочности по условиям визуальной контролепригодности ударных повреждений в композитных авиационных конструкциях

https://doi.org/10.26467/2079-0619-2019-22-6-86-99

Полный текст:

Аннотация

Одним из основных критериев прочности композитной авиационной конструкции по условиям допускаемых повреждений является минимальный размер дефекта от случайного ударного повреждения, который гарантированно обнаруживается при стандартных формах технического обслуживания самолета. Прочность конструкции, имеющей такие (называемые BVID – Barely Visible Impact Damage) и меньшие повреждения должна быть обеспечена при расчетной нагрузке. В работе выполнен анализ эксплуатационных факторов, влияющих на величину этого критерия. Исследовано влияние квалификации персонала, цвета поверхности, уровня загрязненности, расстояния до объекта, а также явления изменения размера дефекта во времени вследствие релаксации внутренних напряжений в поврежденной конструкции. Исследования проводились с использованием 90 углепластиковых трехстрингерных панелей различного цвета и степени чистоты, на которые 25-миллиметровым сферическим бойком были нанесены ударные повреждения. Всего было нанесено 80 ударов с энергией в диапазоне 3–107 Дж. В эксперименте по визуальной обнаруживаемости повреждений в различных условиях участвовали 42 специалиста, в том числе 25 сотрудников авиакомпаний. При статистической обработке экспериментальных данных и определении зависимости вероятности обнаружения повреждения от его размера использовалась функция Вейбулла. Оценка размера BVID по критерию «90/95» (95 % проверяющих должны обнаружить не менее 90 % дефектов с размером не меньше BVID) выполнялась с помощью технологии бутстреп-моделирования. Результаты проведенного исследования позволили оценить степень влияния различных эксплуатационных факторов на надежность выявления повреждений при визуальном эксплуатационном контроле и определить значения BVID в зависимости от комбинации этих факторов. В частности, показано, что на синей поверхности повреждения в ПКМ видны лучше, чем на красной или серой, при любом расстоянии до объекта. Выполненные исследования продемонстрировали существенное влияние релаксации (эффекта уменьшения со временем под воздействием различных факторов размеров поверхностного дефекта в композитной панели) на возможность выявления дефекта в эксплуатации. При этом критическое по сравнению с другими факторами влияние на релаксацию повреждений в ПКМ оказывает режим влагонасыщения конструкции при повышенных температурах. 

Полученные результаты хорошо согласуются с опубликованными в иностранных источниках данными, существенно их дополняя и конкретизируя. На основе проведенных исследований сформулирован ряд рекомендаций для разработчиков и эксплуатантов авиационных конструкций из композиционных материалов.

Об авторах

С. В. Дубинский
Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского
Россия

Дубинский Станислав Вячеславович, кандидат физико-математических наук, заместитель начальника отделения

Жуковский



Ю. М. Фейгенбаум
Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации
Россия

Фейгенбаум Юрий Моисеевич, кандидат технических наук, главный научный сотрудник

Москва



В. Я. Сеник
Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского
Россия

Сеник Виталий Яковлевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Жуковский



Список литературы

1. Horton, R., Whitehead, R. Damage tolerance of composites: final report, Rept. AFWALTR-87-3030, Wright-Patterson AFB, OH, 1988.

2. Kan, H.P., Cordero, R., Whitehead, R.S. Advanced certification methodology for composite structures, Rept. DOT/FAA/AR-96/111, Naval Air Warfare Center-Aircraft Division Department of the Navy, Patuxent River, MD, 1997.

3. Tropis A. Certification of the composite outer wing of the ATR72 / A. Tropis, M. Thomas, J. Bounie, P. Lafon // Proceedings of the Institution of mechanical Engineers Part G. 1995. Vol. 209, issue, 4. Pp.327–339 DOI: 10.1243 / PIME_PROC_1995_209_307_02

4. Fawcett, A.J., Oaks, G.D. Boeing composite airframe damage tolerance and service experience, workshop for composite damage tolerance and maintenance: Presentation #2 of Session 1. National Institute for Aviation Research. Chicago. IL, 2006.

5. Morteau, E., Fualdes, C. Airbus composites damage tolerance methodology, workshop for composite damage tolerance and maintenance: Presentation #1 of Session 1. National Institute for Aviation Research. Chicago. IL, 2006.

6. Spencer F.W. Visual inspection: Research Project Report on Benchmark Inspections // Technical Report No DOT/FAA/AR-96/65, U.S. Department of Transportation. Federal Aviation Administration. Washington, D.C., 1996. 59 p. DOI: 10.21949/1403546

7. Erhart, D., Ostrom, L.T., Wilhelmsen, C.A. Visual detectability of dents on a composite aircraft inspection specimen: an initial study // International Journal of Applied Aviation Studies. 2004. Vol. 4, no. 2. Pp. 111–122. FAA Academy, Oklahoma City.

8. Baaran J. Visual inspection of composite structures: EASA-Research Project/2007/3. Final Report. Braunschweig. Germany, 2009.

9. Cook L. Reliability of damage detection in advanced composite aircraft structures / L. Cook, A. Boulic, D. Harris, P. Bellamy, P.E. Irving // CAA Paper 2013/03. West Sussex. UK, 2013.

10. Komorowski, J.K., Gould, R.W., Marincak, A. Study of the effect of time and load on impact damage visibility // Proceedings of the Second Canadian International Composites Conference and Exhibition (CANCOM 93); in W. Wallace, R. Gauvin and S. V. Hoa (Ed.). Ottawa, Ont. 1993. Pp. 441–446.

11. Komorowski, J.P., Gould, R.W., Simpson, D.L. Synergy between advanced composites and new NDI methods // Advanced Performance Materials. 1998. 5, 1/2. Pp. 137–151.

12. Дубинский С.В Закономерности реализации случайных ударных воздействий на конструкцию крыла коммерческого самолёта / С.В. Дубинский, Ю.М. Фейгенбаум, А.А. Селихов, С.А. Гвоздев, В.М. Ордынцев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18, № 4–3. С. 604–611.

13. Фейгенбаум Ю.М. Опыт проведения и основные результаты экспериментальных исследований надежности выявления поверхностных дефектов композитной конструкции при проведении визуального контроля / Ю.М. Фейгенбаум, Е.С. Метелкин, Ю.А. Миколайчук, В.Я. Сеник, С.В. Дубинский, С.А. Гвоздев, И.Г. Хлебников // Научный Вестник ГосНИИ ГА. 2016. № 14. С. 75–89.

14. Seber G., Lee A. Linear regression analysis. 2. New Jersey: John Wiley & Sons, Hoboken, 2003. 582 c.

15. Fishman G.S. Monte Carlo: concepts, algorithms, and applications. New York: Springer, 1996. 698 p. DOI: 10.1007/978-1-4757-2553-7

16. Wright Stephen J. Coordinate descent algorithms // Mathematical Programming. 2015. Vol. 151, iss. 1. Pp. 3–34. DOI: 10.1007/s10107-015-0892-3

17. Himmelblau D.M. Process analysis by statistical methods. New York: John Wiley & Sons, 1970. 463 p. DOI: 10.1002/aic.690170103

18. Lawless J.F. Statistical models and methods for lifetime data. 2nd ed. New Jersey: John Wiley &Sons, Hoboken, 2003. Pp. 478–481.

19. Efron B. Bootstrap methods: another look at the jackknife // The Annals of Statistics. 1979. Vol. 7, no. 1. Pp. 1–26.


Для цитирования:


Дубинский С.В., Фейгенбаум Ю.М., Сеник В.Я. Определение критериев прочности по условиям визуальной контролепригодности ударных повреждений в композитных авиационных конструкциях. Научный вестник МГТУ ГА. 2019;22(6):86-99. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2019-22-6-86-99

For citation:


Dubinskiy S.V., Feygenbaum Y.M., Senik V.Y. Determination of strength criteria on conditions of visual testability of impact damage in composite aircraft constructions. Civil Aviation High Technologies. 2019;22(6):86-99. (In Russ.) https://doi.org/10.26467/2079-0619-2019-22-6-86-99

Просмотров: 110


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-0619 (Print)
ISSN 2542-0119 (Online)