ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ УДАЛЕНИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
https://doi.org/10.26467/2079-0619-2021-24-1-49-61
Аннотация
При длительной эксплуатации летательных аппаратов в элементах их конструкции возникают коррозионные повреждения, которые приводят к уменьшению прочности, жесткости и долговечности конструкции. В связи с этим при техническом обслуживании производится удаление коррозионных повреждений и восстановление лакокрасочного покрытия. В процессе зачистки элемента конструкции от коррозии удаляются не только продукты коррозии, но и частично нетронутый коррозией материал. В результате из-за уменьшения площади поперечного сечения элемента конструкции происходит рост действующих в нем напряжений, из-за чего снижается прочность, жесткость и долговечность конструкции. Однако отказаться от удаления коррозионных повреждений нельзя, но можно оптимизировать параметры области зачистки. В настоящей работе предлагается решить эту задачу путем применения математического моделирования напряженного состояния авиационных конструкций с помощью свободного программного обеспечения, реализующего метод конечных элементов. Перед проведением вычислительных экспериментов по теме настоящего исследования была произведена проверка адекватности программного обеспечения. Для этого была решена тестовая задача о концентрации напряжений в пластине с круглым отверстием – задача Кирша. При этом удалось добиться погрешности, не превышающей 3 %, в связи с чем адекватность выбранного программного обеспечения была признана достаточной для проведения вычислительных экспериментов с целью решения поставленной задачи исследования. Была разработана методика оптимизации удаления коррозионных повреждений авиационных конструкций, которая продемонстрирована на конкретном примере оптимизации зачистки пластины от коррозионного повреждения. В качестве критерия оптимальности площади зачистки был выбран минимум действующих напряжений после удаления коррозионного повреждения. С целью обобщения полученных результатов было введено понятие относительного параметра зачистки, представляющего собой отношение диаметра зачистки к глубине коррозионного повреждения. Серия вычислительных экспериментов показала, что существует оптимальное значение относительного параметра зачистки, при котором реализуется минимум напряжений, действующих в пластине после зачистки, что обеспечивает максимально возможную долговечность конструкции после ремонта.
Об авторах
Д. П. Саиджанов
Московский государственный технический университет гражданской авиации
Россия
Россия
аспирант кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов
Москва
В. В. Ефимов
Московский государственный технический университет гражданской авиации
Россия
Россия
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов
Москва
Список литературы
1. Байков В.М. Использование электрохимической диагностики для оценки зависимости скорости развития коррозии силового набора ВС из В95 от величины эксплуатационной и лабораторной наработки / В.М. Байков, С.В. Бутушин, В.Ю. Васильев, В.С. Шапкин // Научный Вестник МГТУ ГА. 2005. № 84. С. 79–83.
2. Волчек В.А., Лапаев А.В. Анализ развития коррозионных поражений в эксплуатации самолетов Ил-86 // Научный Вестник МГТУ ГА. 2006. № 103. С. 187–189.
3. Лапаев А.В. Анализ современных подходов к оценке прочностных характеристик элементов конструкций воздушных судов с эксплуатационными коррозионными поражениями // Научный Вестник МГТУ ГА. 2006. № 103. С. 190–193.
4. Васильев В.Ю. Коррозия и старение воздушных судов при длительной эксплуатации: монография / В.Ю. Васильев, В.С. Шапкин, Е.С. Метелкин, А.В. Дуб. М.: Логос, 2007. 224 с.
5. Гришин А.Н., Лапаев А.В., Шапкин В.С. Концепция определения уровня коррозионного повреждения листового конструкционного материала на основе расчетно- экспериментальной оценки допустимых размеров коррозионного поражения // Научный Вестник МГТУ ГА. 2008. № 130. С. 14–21.
6. Акопян К.Э. Оценка влияния значений параметров, характеризующих коррозионное поражение листового конструкционного материала, на его долговечность / К.Э. Акопян, В.М. Байков, С.В. Бутушин, А.В. Лапаев, А.С. Ковалевский // Научный Вестник МГТУ ГА. 2008. № 130. С. 21–26.
7. Бутушин С.В., Ковалевский С.А., Шапкин В.С. Анализ коррозионных повреждений силовой конструкции планера самолетов типа Ан-24 // Научный Вестник МГТУ ГА. 2008. № 130. С. 41–47.
8. Лапаев А.В. Оценка долговечности и предельного состояния элементов конструкции с коррозионными поражениями из сплава марки 1163АТВ // Научный Вестник МГТУ ГА. 2008. № 130. С. 119–123.
9. Акопян К.Э. Теория и практика оценки коррозионных повреждений элементов конструкции планера воздушных судов / К.Э. Акопян, С.В. Бутушин, А.Н. Гришин, А.В. Лапаев, А.В. Семин, В.С. Шапкин / Под ред. В.С. Шапкина, С.В. Бутушина. М.: ЗАО «НЦ ПЛГ ВС ГосНИИ ГА», 2010. 288 с.
10. Акопян К.Э. Исследование усталостной долговечности фрагмента конструкции фюзеляжа самолета типа Ту-154 с коррозионным повреждением / К.Э. Акопян, В.М. Байков, А.Н. Гришин, А.С. Ковалевский, А.В. Лапаев, В.С. Шапкин // Научный Вестник МГТУ ГА. 2010. № 153. С. 37–44.
11. Байков В.М., Лапаев А.В., Шапкин В.С. Исследование характеристик усталостной долговечности и трещиностойкости при коррозионном поражении алюминиевого сплава 1163, применяемого в конструкциях современных самолетов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2011.
12. № 163. С. 110–116.
13. Лапаев А.В., Семин А.В., Шапкин В.С. Применение информационно-аналитической базы данных для анализа технического состояния конструкции планера транспортных самолетов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2012. № 175. С. 7– 12.
14. Лапаев А.В. Методика оценки усталостной долговечности материала при коррозионном поражении и учета влияния коррозии при расчете длительности роста усталостной трещины // Научный Вестник МГТУ ГА. 2013. № 187. С. 74–82.
15. Лапаев А.В., Шапкин В.С. К вопросу оценки влияния коррозионных поражений планера на летную годность воздушных судов по условиям усталостной прочности // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2014. № 4 (315). С. 17–21.
16. Акопян К.Э. Экспериментальная оценка влияния технологии восстановления материала конструкционных алюминиевых сплавов при коррозионном поражении на статическую прочность для решения задач по поддержанию летной годности воздушных судов / К.Э. Акопян, С.А. Грачев, А.В. Лапаев, В.К. Орлов, А.О. Титов, В.С. Шапкин, С.А. Школин // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2015. № 8 (319). С. 7–15.
17. Акопян К.Э. Экспериментальная оценка влияния коррозионного поражения на статическую прочность конструкционного алюминиевого сплава / К.Э. Акопян, С.А. Грачев, А.В. Лапаев, В.С. Шапкин // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2016. № 12 (323). С. 7–14.
18. Разиньков Ф.Ф., Акопян К.Э. Анализ изменения параметров коррозионных повреждений элементов конструкции центральной части фюзеляжа с увеличением сроков службы вертолетов типа Ми-8 // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2020. № 32. С. 53–64.
19. Gao Z. Research on corrosion damage evolution of aluminum alloy for aviation / Z. Gao, Y. He, S. Zhang, T. Zhang, F. Yang // Applied Sciences. 2020. Vol. 10, iss. 20. ID 7184. Pp. 1–16. DOI: https://doi.org/10.3390/app10207184
20. Xu Q. Research and test of electrochemical corrosion in NC machining of 7 series aluminum alloy aircraft structure parts / Q. Xu, X. Chen, Y. Fei, W. Wang // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 546. ID 042053. Pp. 1–7. DOI: 10.1088/1755-1315/546/4/042053
21. Janovec M., Černan J., Škultéty F. Use of non-destructive eddy current technique to detect simulated corrosion of aircraft structures // Koroze a ochrana materialu. 2020. Vol. 64, iss. 2. Pp. 52–58. DOI: https://doi.org/10.2478/kom-2020-0008
22. Образцов И.Ф., Булычев Л.А., Васильев В.В. и др. Строительная механика летательных аппаратов: учебник для вузов / Под ред. И.Ф. Образцова. М.: Машиностроение, 1986. 536 с.
Рецензия
Для цитирования:
Саиджанов Д.П., Ефимов В.В. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ УДАЛЕНИЯ КОРРОЗИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ. Научный вестник МГТУ ГА. 2021;24(1):49-61. https://doi.org/10.26467/2079-0619-2021-24-1-49-61
For citation:
Saidzhanov D.P., Efimov V.V. APPLICATION OF MATHEMATICAL MODELING OF THE AIRCRAFT STRUCTURES STRESS STATE TO OPTIMIZE CORROSION DAMAGE REMOVAL. Civil Aviation High Technologies. 2021;24(1):49-61. (In Russ.) https://doi.org/10.26467/2079-0619-2021-24-1-49-61
Просмотров: 291
Послать статью по эл. почте 
