Расчетно-экспериментальное исследование длительности роста трещины в подкрепленной панели фюзеляжа

Авторы

Ким Ю. Л.^*, Пегов Д. М.^**, Свиридов А. А.^***

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: julia.kim2202@gmail.com
**e-mail: pegov.dm@phystech.edu
***e-mail: sviridov98@yandex.ru

Аннотация

Представлена методика расчета длительности роста сквозной усталостной трещины в подкрепленной обшивке фюзеляжа с учетом выпучивания и внутреннего давления. Для описания кинетики разрушения предложен метод определения коэффициента интенсивности напряжений (КИН), позволяющий моделировать резкий рост трещины до стоппера и последующее замедление ее развития. Коэффициент интенсивности напряжений определяется через комбинированную поправку, включающую учет влияния подкрепления. Введены также дополнительные корректирующие коэффициенты, учитывающие влияние клеевых соединений и дублеров на скорость роста трещины. Проведено сравнение результатов расчетов и данных эксперимента для различных зон расположения трещины относительно шпангоутов. Полученные результаты демонстрируют приемлемую сходимость с экспериментальными данными, что подтверждает применимость предложенного параметрического подхода.

Ключевые слова:

подкрепленная панель, герметический фюзеляж, длительность роста трещины, клевое соединение, стоппер трещин, выпучивание обшивки

Список источников

1. Методы определения соответствия (МОС) к авиационному правилу АП 25.571 «Обеспечение безопасности конструкции по условиям прочности при длительной эксплуатации», 1996. 29 с. URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293799/4293799213.pdf?ysclid=mq4y4538fi470804124
2. Доценко А.М., Воробьев А.З. Развитие трещины усталости // Журнал Заводская лаборатория. 1970. № 6. С. 714–717.
3. Нестеренко Б.Г., Нестеренко Г.И. Ресурс конструкций стареющих транспортных самолетов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2014. № 199.  С. 11-22.
4. Paris P, Erdogan F. A critical analysis of crack propagation laws. Journal of Basic Engineering, Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. 1963;85(4):528-534. DOI: 10.1115/1.3656900 
5.  Walker K. The effect of stress ratio during crack propagation and fatigue for 2024-T3 and 7055-T6 aluminium. In: Rosenfeld MS. Effects of Environment and Complex Load History on Fatigue Life: Special Technical Publication 462. Philadelphia: American Society for Testing and Materials; 1970. p. 1-14.  DOI: 10.1520/STP32032S
6.  Forman RG, Kearney VE, Engle RM. Numerical Analysis of Crack Propagation in a Cyclic-Loaded Structure. Journal Basic Engineering. 1067;89(3):459-463. DOI: 10.1115/1.3609637
7.  Colliprist JE. An Experimentalist’s View of the Surface Flaw Problem. In: Swedlow JL. (ed) The Surface Crack: Physical Problems and Computational Solutions. ASME Publ.; 1972. p. 43-62.
8.  Forman RG, Mettu SR. Behavior of Surface and Corner Cracks Subjected to Tensile and Bending Loads in Ti-6Al-4V Alloy. NASA Technical Reports Server (NTRS), 1990.  68 p.
9.  Никонов В.В., Шапкин В.С. Об условиях применения моделей типа Пэриса-Эрдогана к расчетам живучести элементов авиаконструкций при случайных нагрузках // Научный вестник МГТУ ГА. 2010. № 161. С. 15–23.
10. Ким А.С. Исследование длительности роста трещины в конструкциях отечественных самолетов с использованием уравнения NASGRO // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2016. № 12(323). С. 103-112.
11. Harter JA. AFGROW user guide and technical manual. Wright-Patterson AFB: Air Force Research Laboratory, 1999. 191 p. DOI: 10.1111/j.1460-2695.2010.01476.x
12.  Chakherlou TN, Mirzajanzadeh M, Saeedi Kh. Fatigue crack growth and life prediction of a single fitted hole plate. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & structures. 2010;33(10):633–644.
13.  Ким А.С., Борисов М.П. Исследование влияния выпучивания обшивки гермофюзеляжа на скорость роста продольной трещины под целым/разрушенным шпангоутом и между шпангоутами // Прочность конструкций летательных аппаратов: Сборник статей научно-технической конференции. Сер. «Труды ЦАГИ». Выпуск 2782. Жуковский: Изд-во ЦАГИ, 2018. С. 45-48.
14. Сысоева В.В. Расчеты коэффициентов интенсивности напряжений для типовых авиационных конструкций с трещинами // Труды МАИ. 2011. № 45. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=25559&PAGEN_2=2
15. Дементьев А.Д. Расчет коэффициентов интенсивности напряжения в вершине сквозной трещины с помощью специализированного гибридного конечного элемента // Ученые записки ЦАГИ. 1987. Т. 18. № 6. С. 84-91.
16. Леонтьев М.К., Ланевский Т.М. Расчёт коэффициента интенсивности напряжений трещины в диске турбины высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 3. С. 121-127.
17. Туманов Н.В. Физико-механические аспекты устойчивого роста усталостных трещин // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 2. С. 132-136.
18. Картамышев А.И., Яблонский И.С. (ред.) Расчетные характеристики конструкционных авиаматериалов: Справочник.  Выпуск 1. Жуковский: Изд-во ЦАГИ, 1987. 215 с.
19. Rooke DP, Cartwright DJ. Compendium of Stress Intensity Factors. London: Her Majesty’s Stationery Office; 1976. 330 p.
20.  Chen D. Bulging of fatigue cracks in a pressurized aircraft fuselage. Doctoral Thesis. Delft University of Technology, Faculty of Aerospace Engineering, 1991.
21.  Ким А.С. Методы расчета остаточной прочности и длительности роста трещин в обшивке крыла и фюзеляжа: Дисс. ... канд. техн. наук. Жуковский, 2022. 173 с.