Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Особенности проведения испытаний на усталость и живучесть натурных металлокомпозитных авиаконструкций

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-4-66-75

Полный текст:

Аннотация

Исследованы основные особенности механизмов разрушения при циклическом нагружении металлических и композитных материалов и на их основе разработаны подходы к проведению испытаний на усталость и живучесть металлокомпозитной (гибридной) конструкции для подтверждения ее безопасной эксплуатации. Установлено, что композиты из-за своей гетерогенности, обусловленной анизотропией материала, наличия технологических дефектов и различных природных неоднородностей в структуре имеют более высокое рассеяние, чем металлы, как по статическим, так и по усталостным свойствам. Это приводит к необходимости испытаний для подтверждения ресурса двух идентичных натурных конструкций — металлической части и композитной части. Усталостные испытания конструкций следует проводить различными спектрами переменных нагрузок, которые отличаются размером блока переменных нагрузок, уровнями «высоких» и «малых» нагрузок и коэффициентом увеличения нагрузки. Для проведения в приемлемые сроки усталостных испытаний композитной части конструкции необходимо либо увеличивать нагрузки спектра переменного нагружения, либо вводить дополнительные циклы «перегрузки». Исходя из условия равенства вероятностей неразрушения для металлической и композитной частей конструкции, получены соотношения для определения коэффициента увеличения нагрузки kσ и числа циклов «перегрузки» n. Коэффициент увеличения нагрузки где mc, mm — показатели степени кривых усталости композита и металла; ηc, ηm — коэффициенты надежности при испытании композитной и металлической частей. Потребное число циклов «перегрузки» определяется соотношением где σeq п, σeq — эквивалентные напряжения цикла перегрузки и спектра переменных нагрузок.

Об авторах

К. С. Щербань
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия

140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1



А. Я. Стерлин
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия

140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1



К. Ю. Фамин
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия

140180, Московская область, г. Жуковский, ул. Жуковского, д. 1



Список литературы

1. Strizius V. E. Mechanisms of accumulation of fatigue damage under complex program loading of layered composites: existing hypotheses / Nauch.-Tekhn. Byull. SPbPU. Estestv. Inzh. Nauki. 2019. Vol.25. N 4. P. 71 – 82 [in Russian]. DOI:10.18721/JEST.25406

2. Brunner A. J. Scatter, Scope and Structures: What fatigue fracture testing / 39th Risø International Symposium on Materials Science / IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 388 012003. 2018. — 19 p. DOI:10.1088/1757-899X/388/1/012003

3. Ushakov A. E. Methodology for ensuring operational survivability and safety of aircraft structures from PCM. — Moscow: Fizmatlit, 2012. — 203 p. [in Russian].

4. Quaresimin M., Zappalorto M., Maragoni L. A damage-based modelling framework for the fatigue damage evolution in composite laminates / Semantic scholar / Mater. Sci. 2018. P. 1456 – 1462. DOI:10.1063/1.5045901

5. John E. McCarty. Full-Scale Structural Testing / Composites. Vol.21: ASM Handbook / ASM International. 2001. P. 794 – 799. DOI:10.31399/asm.hb.v21.a0003445

6. Dubinskii S., Senik V., Feygenbaum Y. Study of Composite Impact Dent Visual Detectability and Damage Relaxation Phenomena / International Commttee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2019. P. 1101 – 1111. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_87

7. Setta K., Fukuoka T., Nagao K., Kumagai K. Full Scale Fatigue Testing for Mitsubishi Regional Jet / International Commttee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2019. P. 762 – 770. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_60

8. Daverschot D., Mattheij P., Renner M., Ardianto Y., De Araujo M., Graham K. Full-Scale Fatigue Testing from a Structural Analysis Perspective / International Commttee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2019. P. 788 – 800. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_62

9. Khanna A., Kotousov A. The potential for structural simulation to augment full scale fatigue testing: A review / Computer Science / Progress in Aerospace Sciences. 2020. Vol. 121. — 83 p. DOI:10.1016/j.paerosci.2020.100641

10. Willy R. P., Danielle F. N., da Silva R. Analysis Prediction and Correlation of Fiber Metal Laminate Crack Growth in Semi-Wing Full-Scale Test / International Committee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2019. P. 695 – 707. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_55

11. Scherban K. S., Zakharenkova A. Yu., Konovalov V. V., Kulikov S. V., Strizhius V. E. Full-Scale Fatigue and Residual Strength Tests of the Composite Wing Box of a Passenger Aircraft / International Committee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2019. P. 771 – 787. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_61

12. Wallbrink C., Krieg B. Spectrum Truncation or Spectrum Compression: When Time and Money Matters and Nothing Less Than a Fraction of the Original Spectrum is Acceptable / Proceedings of 29th conference ICAF2017. 2017. P. 1839 – 1848.

13. Healeya R., Wang J., Chiu W. K., Chowdhurya N. M., Baker A., Wallbrinkb C. A review on aircraft spectra simplification techniques for composite structures. — Elsevier / Composites Part C: Open Access Vol. 5. 100131. 2021. 16 p. DOI:10.1016/j.jcomc.2021.100131

14. Strizius V. E. Calculation of equivalent stresses and equivalents of fatigue testing programs for composite aircraft components / Nauch. Byull. MGTU GA. 2020. Vol. 23. N 23. P. 59 – 71 [in Russian]. DOI:10.26467/2079-0619-2020-23-2-59-71

15. Strizhius V. E. Fatigue Life Prediction of CFRP Laminate under Quasi-Random Loading / International Committee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2020. P. 423 – 431. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_33

16. Buimovich Y., Elmalich D. Examination of the KAWAI CLD Method for Fatigue Life Prediction of Composites / International Committee on Aeronautical Fatigue / ICAF 2019 — Structural Integrity in the Age of Additive Manufacturing. 2019. P. 399 – 409. DOI:10.1007/978-3-030-21503-3_31


Рецензия

Для цитирования:


Щербань К.С., Стерлин А.Я., Фамин К.Ю. Особенности проведения испытаний на усталость и живучесть натурных металлокомпозитных авиаконструкций. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022;88(4):66-75. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-4-66-75

For citation:


Shcherban K.S., Sterlin A.Y., Famin K.Y. Features of fatigue and damage-tolerance tests of full-scale metal-composite aircraft structures. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2022;88(4):66-75. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-4-66-75

Просмотров: 79


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)