Андрей Александрович Баутин
Andrey A. Bautin
Moscow region, Zhukovsky
Юрий Анатольевич Свирский
Yury A. Svirsky
Moscow region, Zhukovsky
Андрей Вячеславович Панков
Andrey V. Pankov
Moscow region, Zhukovsky
Представлен один из перспективных способов мониторинга «здоровья конструкции» по условиям прочности, основанный на анализе кинетики местного напряженно-деформированного состояния (НДС). Приведено его сравнение с другими методами обнаружения повреждений и отмечены преимущества контроля НДС. Для реализации этого способа мониторинга рассмотрены два типа датчиков: тензорезисторы и волоконно-оптические датчики (ВОД). Представлены свойства ВОД, благодаря которым их использование в эксплуатации предпочтительно. Исследованы возможности контроля НДС путем анализа результатов тензометрии при циклическом нагружении элементов конструкции перспективного самолета транспортного назначения. Актуальность работы подтверждена различными примерами использования методов мониторинга в бортовых системах при эксплуатации. Возможность мониторинга отдельных деталей и частей планера самолета продемонстрирована на примере исследования продольных стыков фюзеляжа. Зафиксированное с помощью тензометрии изменение НДС продольных стыков, вызванное наличием повреждений в конструкции, подтверждено анализом НДС несущих листов с помощью метода конечного элемента, с учетом усталостных трещин, возникающих при циклическом нагружении. Проведено сравнение результатов расчета с данными тензометрии. На основе расчета НДС поврежденной и неповрежденной конструкции определены зоны наибольшего изменения деформации для установки потенциальных мест расположения датчиков. По результатам исследования предложена оптимальная схема расположения датчиков для контроля целостности соединения. Исследования подтверждают, что метод мониторинга повреждений конструкции, разработанный на базе изменения кинетики НДС, может успешно применяться в испытаниях при поддержании целостности стыков и других мест, повреждения которых мо1ут иметь многоочаговый характер, там, где методы визуального и неразрушающего контроля не эффективны.
The paper describes one of the most promising ways of structure health monitoring based on analysis of the kinetics of local stress-strain state. Comparison with other methods of damage detection and advantages of the stress-strain state control are considered. To implement this method of monitoring, two types of sensors are considered: strain gauges and fiber Bragg gratings (FBG). The advantages of FBG, due to which their use in operation is most preferable, are presented. The possibility of using stress-strain state control is analyzed for a promising transport aircraft using the results of tensometry under cyclic loading. The relevance of the work is confirmed by various examples of using monitoring methods in on-board systems during operation. The possibility of monitoring the airframe parts is demonstrated for longitudinal fuselage joints as an example. The change in the stress-strain state of the longitudinal joints, caused by structural damage was confirmed by tensometry analysis and by analysis of the stress-strain state of bearing sheet by the finite element method (FEM), taking into account the fatigue cracks originated during cyclic loading. The results of the calculation are compared with the tensometry data. Proceeding from the results of the calculation of the stress-strain state of the damaged and undamaged structure, the zones of the greatest deformation change are determined to optimize potential locations for the sensors. The optimal placing of the sensors for monitoring the integrity of the joints is proposed. The study confirms that the method of damage monitoring of the structure, developed on the basis of changes in the kinetics of the stress-strain state, can be successfully used in tests for maintaining the integrity of joints and other places with multi-site damages, where the methods of visual and non-destructive testing are not effective.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.