Способ предотвращения роста усталостных трещин в тонкостенных конструкциях

 

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ, включающий выполнение в вершинах трещин отверстий и установку в последние крепежных деталей с радиальным и осевым натягами , отличающийся тем, что, с целью повышения остаточной усталостной прочности , перед выполнением отверстий поврежденную трещиной зону конструкции нагружают статическим усилием в направлении раскрытия трещины, равным эксплуатационной нагрузке на конструкцию, которое снимают после установки крепежных деталей.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ю

Щ

4й

CO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2! ) 3474616/25-27 (22) 22.07.82 (46) 15.11.83. Бюл. № 42 (72) А. Г. Гребенников, А. М. Тимченко, Е. Т. Василевский, А. Е. Литвиненко, Г. 1О. Бенгус и В. Н. Стебенев (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н. E. Жуковского . (53) 658.515 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 725862, кл. В 23 Р 6/04, 01.09.1978 (про-., тотип).

„„SU„„1054006 A

3(5g В 23 P 6(04; В 23 P 6 00 (54) (57) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ, включающий выполнение в вершинах трещин отверстий и установку в последние крепежных деталей с радиальным и осевым натягами, отличающийся тем, что, с целью повышения остаточной усталостной прочности, перед выполнением отверстий поврежденную трещиной зону конструкции нагружают статическим усилием в направлении раскрытия трещины, равным эксплуатационной нагрузке на конструкцию, которое снимают после установки крепежных деталей.

1054006

Изобретение относится к машиностроению, в частности к самолетостроению, и может быть использовано при ремонте и усталостных испытаниях авиационных конструкций.

Известен способ предотвращения роста усталостных трещин, заключающийся в том, что в отверстия, вьп|олненные на концах трещины, устанавливают с натягом болты и растягивают их гайками до образования напряжений сжатия конструкции (1).

Недостатком этого способа является то, что при нагружении конструкции происходит раскрытие трещины и значительное увеличение диаметра отверстия в направлении действия растягивающей нагрузки. Увеличение диаметра отверстия при нагружении приводит к уменьшению, а зачастую и исчезновению, геометрического радиального натяга между болтом и стенкой отверстия.

Это явление не дает возможности эффективно реализовать положительное влияНие первоначального радиального натяга на остаточную усталостную долговечность зоны конструкции с трещиной.

Целью изобретения является повышение остаточной усталостной прочности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения роста усталостных трещин в тонкостенных конструкциях, исключающему выполнение в вершинах трещин отверстий и установку в последние крепежных деталей с радиальными и осевыми натягами, перед выполнением отверстий поврежденную трещиной зону конструкции нагружают статическим усилием в направлении раскрытия трещины, равным эксплуатационной нагрузке на конструкцию; которое снимают после установки крепежных деталей.

Нагружение зоны конструкции с трещиной статическими, растягивающими и раскрывающими трещину усилиями, соответствующими максимальным эксплуатационным нагрузкам, во время выполнения на концах трещины отверстий и установки в них элементов крепежа способствует тому, что при последующем циклическом нагружении конструкции раскрытие трещины и увеличение диаметра отверстия в направлении действия нагрузки не приводит к уменьшению геометрического радиального натяга, так как материал у вершин треШин уже сдеформирован предварительной статической нагрузкой, а круглое отверстие, выполненное в упруго сдеформированном материале, заполнено стержнем болта.

На фиг. 1 показан участок тонкостенной конструкции, поврежденной усталостной трещиной; на фиг. 2 — нагруженный статической нагрузкой участок конструкции с трещиной (отверстие в вершине трещины выполнено при статической растягивающей и раскрывающей трещину нагрузке на конструкцию); на фиг. 3 — то же, отверстие

35 ф6Н7. В полученные отверстия запрессовы40 вают болты с радиальным натягом равным

5

25 заполнено стержнем болта с радиальным натягом; на фиг. 4 .— характер изменения амплитуды напряжений 2d (6) а по ослабленному трещиной сечению пластины, нагруженной циклическими растягивающими и раскрывающими трещину нагрузками при применении предлагаемого способа предотвращения роста трещин.

Уровень статической растягивающей и раскрывающей трещину нагрузки на конструкцию определяется конкретными условиями применения разработанного способа предотвращения роста усталостных трещин и может изменяться в широком диапазоне от нуля до р э (где p — эксплуатационная нагрузка на конструкцию). При этом эффективность предлагаемого способа тем выше, чем ближе уровень статической (технологической) нагрузки к P .

Радиальный натяг по стенке отверстия в вершине трещины должен быть не менее, чем обеспечиваемый посадкой Н7/р6.

На фиг. 4 видно, что применение данного способа предотвращения роста трещин приводит к значительному уменьшению амплитуды напряжений растяжения o 8 в зоне их максимальной концентрации на стенке отверстия (заштрихованное поле), а это явление приводит к существенному повы,1цению остаточной усталостной прочности участка тонкостенной конструкции с трещиной, нагруженного циклическими, растягиваюшими и раскрывающими трещину усилиями.

Пример. Проводят исследование плоских образцов из материала Д16АТл 2,0 с центрально расположенной трещиной.

Образец с трещиной нагружают на растяжение статической, одноосной и раскрывающей трещину нагрузкой до и брутто= 14,1 кг /мм . Потом в вершинах трещин нагруженного статической нагрузкой образца выполняют круглые отверстия ф5Н7 или дН= 1,2 o/o dB (de — диаметр стержня болта) . Материал болтов-сталь ЗОХГСА или титановый сплав ВТ-16.. Затем образец с «залеченной» трещиной испытывают при циклических одноосных, растягивающих нагрузках с

Q „ /(р =14,1/7,5 кгс/мм .

В результате сравнительных усталостных испытаний образцов установлено, что эффективность влияния радиального натяга в отверстиях на концах трещин, полученного при реализации данного способа, на усталостную прочность плоских образцов больше в 7-15 раз, чем эффективность радиального натяга получаемого при применении известного способа предотвращения роста трещин.

Предлагаемый способ предотвращения роста усталостных трещин особенно эффективен при использовании крепежа с односторонним подходом.

Использование способа предотвращения роста усталостных трещин при выполнении ремонтных работ на планере самолета до

l054006

4 капитального ремонта самолета, а также при ресурсных испытаниях планера самолета по сравнению с базовым объектом, принятым за прототип, обеспечивает снижение скорости распространения трещин.

Составитель И. Белоусов

Редактор Т. Колб Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 8984/13 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб:, д. 4/5

Филиал ППП <Патент>„г. Ужгород, ул. Проектная, 4