Определение долговечности образцов, моделирующих продольные и поперечные стыки фюзеляжа самолета МС-21

Поддержание летной годности воздушных судов осуществляется рядом мероприятий, гарантирующих безопасную эксплуатацию. ЦАГИ, СибНИИА, ГосНИИГА и другие организации, обладающие высокоэффективной лабораторной базой, проводят испытания и исследования конструкций и элементов конструкций для установления или продления ресурса поэтапно. Испытания требуют возможности воссоздания сложных спектров нагружения и могут являться длительными и дорогостоящими. Одна из основных проблем, возникающих при испытаниях, оказывается их форсирование. Форсирование сокращает время испытаний при сохранении эквивалентности механизмов накопления усталостных повреждений и разрушения конструкции при реальном и модельном нагружении. Для каждого этапа на oснoве лабoратoрных испытаний, испытаний в прoцессе эксплуатации и прoгнозирования ожидаемых условий эксплуатации определяется величина ресурса и срок службы, гарантирующий безопасность полетов. Учитывая инфoрмацию о появлении дефектов, накапливаемых нa каждoм этапе, прoвoдятся допoлнительные испытания и разрабатываются тeхничеcкие мерoпpиятия, котopые определяют ресурс и сpoк службы авиакoнстpукции или элементов конструкции, выявляются недостатки пpoeктирования, изготовлeния, техничeского oбслуживания и peмонта. Одним из ключевых вопросов является механика разрушения, на которых основывается оценка живучести авиаконструкций. Механизм усталостного разрушения зависит от многих факторов: эксплуатационной нагрузки или ее модели; напряженного состояния, которое возникает во время испытаний; материала, из которого изготовлены элементы конструкции. Усталостное разрушение начинается с появления микротрещин в ослабленном месте элемента конструкции. При действии нагрузок, часто представляющих собой случайный процесс, развитие трещин идет достаточно интенсивно и приводит к разрушению конструкции. Для определения долговечности образцов, моделирующих продольные и поперечные стыки фюзеляжа самолета МС-21, были проведены теоретические расчеты и экспериментальные исследования, что дало возможность судить о соответствии полученных результатов по нагруженному отверстию.

1. Ицкович А.А., Файнбург И.А. Показатели эффективности процессов поддержания летной годности воздушных судов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2012. № 178. С. 21–26.

2. Бутушин С.В., Семин А.В. Целостность элементов конструкции планера при длительной эксплуатации воздушных судов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2009. № 141. С. 30–37.

3. Басов В.Н. Влияние длительной эксплуатации самолетов на прочностные характеристики материалов / В.Н. Басов, Г.И. Нестеренко, Б.Г. Нестеренко, В.Г. Петрусенко // Научный Вестник МГТУ ГА. 2009. № 141. С. 38–48.

4. Арепьев А.Н., Громов М.С., Шапкин В.С. Вопросы эксплуатационной живучести авиаконструкций. М.: Воздушный транспорт, 2002. 424 с.

5. Басов В.Н., Балашов В.В., Стойда Ю.М. и др. Испытание образцов фюзеляжа самолет МС 21-200. Отчёт НИО-18 ЦАГИ № 5815, 2011. 92 c.

6. Семернин А.В., Стрижиус В.Е. Методы расчетов на усталость элементов с геометрическими концентраторами // Научный Вестник МГТУ ГА. 2009. № 141. С. 76–83.

7. Yang H. The effects of corrosive media on fatigue performance of structural aluminum alloys / H. Yang, Y. Wang, X. Wang, P. Pan, D. Jia // Metals. 2016. Vol. 6, iss. 7. Pp. 160. DOI: 10.3390/met6070160

8. Goranson U.G. Damage tolerance theory and practice // Moscow Aeronautical University. 1997. September 8. Moscow, Russia.

9. Torres V.F.S., Voorwald H.J.C. An evaluation of shot peening, residual stress and stress relaxation on the fatigue life of AISI 4340 steel // International Journal of Fatigue. 2002. Vol. 24, iss. 8. Pp. 877–886. DOI: 10.1016/S0142-1123(01)00205-5

10. Sharp P.K. Fatigue life recovery in aluminums alloy aircraft structure / P.K. Sharp, Q. Liu, S.A. Barter, P. Baburamani, G. Clark // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2002. Vol. 25, iss. 2. Pp. 99–110. DOI: 10.1046/j.1460-2695.2002.00481.x

11. Teng T.-L., Chang P.-H. Effect of residual stress on fatigue crack initiation life for buttwelded joints // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 145, iss. 3. Pp. 325–335. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2003.07.012

12. Белов В.К. Повышение усталостной долговечности заклепочных и сварных соединений авиационных конструкций технологическими методами: монография / В.К. Белов, Г.Ф. Рудзей, А.А. Калюта. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. 179 с.

13. Larignon C. Investigation of Kelvin probe force microscopy efficiency for the detection of hydrogen ingress by cathodic charging in an aluminium alloy // C. Larignon, J. Alexis, E. Andrieu, L. Lacroix, G. Odemer, C. Blanc // Scripta Materialia. 2013. Vol. 68, iss. 7. Pp. 479–482. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2012.11.026

14. Burns J.T., Larsen J.M., Gangloff R.P. Effect of initiation feature on microstructurescale fatigue crack propagation in Al-Zn-Mg-Cu // International Journal of Fatigue. 2012. Vol. 42. Pp. 104–121. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2011.08.001

15. Серенсен С.В., Когаев Б.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность: руководство и справочное пособие. 3-е изд. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.

16. Стрижиус В.Е. Некоторые аспекты теории и практики обеспечения усталостной прочности и ресурса конструкции современных самолетов транспортной категории // Научный Вестник МГТУ ГА. 2009. № 141. С. 66–75.

17. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин: учебник для вузов. 8-е изд., испр. М.: Высшая школа, 2003. 408 с.

18. Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений: пер. с англ. И.А. Нечай, И.П. Сухарев, Б.Н. Ушаков. М.: МИР, 1977. 302 с.

19. Семин М.И. Основы сопротивления материалов: учеб. пособие. М.: ВЛАДОС, 2004. 255 с.

20. Gayaram T.V. Effect of thermal exposure on the mechanical and wear properties of aerospace al alloys / T.V. Gayaram, J.J. Patel, H.O. Dabhi, V.D. Dhiman // Journal for Research. 2016. Vol. 02, iss. 01. Pp. 51–57.

21. Chan K.S., Jones P., Wang Q. Fatigue crack growth and fracture paths in aluminum alloys // Materials Science and Engineering: A. 2003. Vol. 341, iss. 1-2. Pp. 18–34. DOI: 10.1016/S0921-5093(02)00196-X