Введение к работе
1. 1.1 Актуальность проблемы.
Создание новых летательных аппаратов с высокими эксплуатационными и экономическими характеристиками требует максимального снижения массы конструкции и повышения напряженности ее работы при условии обеспечения безопасности эксплуатации в пределах установленного ресурса.
Использование современных принципов обеспечения безопасности длительной-эксплуатации конструкции самолетов, возможно только в том случае . если методы расчети позволяют спрогнозировать не только долговечность до разрушения, но и время появления усталостной трещины и длительность ее развития, с тем чтобы трещина была обнаружена и проведен ремонт раньше, чем она достигает критического размера, при котором должен наступить катастрофический ее рост и разрушение конструкции.
Решение задачи обеспечения безопасности существенно осложняется тем, что все характеристики долговечности, как известно, имеют большое рассеяние. Это обстоятельство, конечно, всегда учитывалось при разработке соответствующих научно-технических подходов к этой проблеме, при установлении системы необходимых запасов 'на разброс' и т.д. Однако, прежние вероятностные модели оказались явно недостаточными в новой ситуации, в первую очередь потому, что теперь не только нужны знания отдельно о разбросе полной долговечности или (тоже отдельно ) о разбросе длительности роста обнаруживаемой трещины, но и необходимы данные о рассеянии всего процесса исчерпания долговечности в целом, с определением таких более тонких характеристик как корреляция между этапами этого процесса, законы распределения длин трещин при различной наработке и др. Располагая подобной информацией можно обоснованно устанавливать необходимые коэффициенты запаса, учитывающие рассеяние характеристик долговечности. Другими словами, жизнь потребовал;! создания вероятностных моделей более адекватных возникшим задачам,
1.2 Цель и задачи работы
Целью диссертации является исследование вероятностных характеристик долговечности и живучести для обоснования необходимых коэффициентов запаса по условиям сопротивления усталости.
Для достижения указанной цели были решены следующие задачи :
формирование вероятностных моделей всего процесса исчерпания долговечности, включающее анализ прежних моделей, анализ экспериментальных данных, построение математических моделей, разработку программного обеспечения для статистического моделирования;
анализ обобщенных экспериментальных данных по характеристикам рассеяния долговечности авиационных конструкций, включающий определение типовых характеристик рассеяния, и насыщение предлагаемых вероятностных моделей количественными данными;
получение данных по вероятностным характеристикам сопротивления усталости, таким как: функции распределения полной долговечности и длительности роста обнаруживаемой трещины, корреляции между ними, функции распределения длин трещин, посредством моделирования кривых исчерпания долговечности, и интерпретация полученных результатов.
формирование рекомендаций по проектированию и эксплуатации конструкции самолета в соответствии с принципами живучести.
1.3 Научная новизна
Научная новизна работы заключается в следующем: % Предложена четкая постановка задачи моделирования усталости, заключающаяся в моделировании всего процесса исчерпании долговечности, что является важным при решении практических задач обеспечения безопасности конструкции самолета.
Ъ Сформирована математическая модель исчерпания долговечности в виде модели «стартового дефекта», являющейся дальнейшим развитием модели «начального дефекта». Ч> Предложен критерий приемлемости моделей исчерпания долговечности, заключающийся в требовании независимости некоторых параметров от уровня циклического нагруження, что позволят распространить выводы моделирования на сложные виды нагружения.
*ЪНа основе обработки экспериментальных данных показана обоснованность использования рассматриваемых моделей.
*Ъ Разработано программное обеспечение вероятностного моделирования процесса исчерпания долговечности, на основе рассмотренных моделей, позволяющее получить информацию по характеристикам сопротивления усталости как в виде конкретных параметров, так и в виде статистических распределений.
"5> В результате интерпретации данных моделирования выявлен ряд новых и важных свойств характеристик сопротивления усталости, в частности:
рассеяние усталостной долговечности увеличивается с ростом максимального необнаруживаемого размера трещины;
корреляция, между полной долговечностью и длительностью роста обнаруживаемой трещины, практически полностью исчезает с ростом максимального необнаруживаемого размера трещины;
с ростом долговечности резко увеличивается контрастность распределения размеров усталостных трещин, приводящая к наличию весьма больших (хоть и очень редких) трещин на фоне подавляющего числа очень малых трещин, в том числе и их отсутствия.
1.4 Практическая значимость
На основе рассмотренных двух вероятностных моделей ме-жэкземпдярного рассеяния процесса исчерпания усталостной долговечности: модели "начального дефекта" и модели "стартового дефекта", получены важные результаты по вероятностным характеристикам сопротивления усталости, получение которых экспериментальным путем весьма затруднено из-за
^
больших временных и материальных затрат. В частности, данные по рассеянию полной долговечности достаточно хорошо согласуются с результатами экспериментов. Поэтому вполне оправдано использование результатов моделирования уже в настоящее время в обобщенных задачах нормирования, на стадии проектирования и в процессе эксплуатации конструкций самолетов в соответствии с принципом эксплуатационной живучести.
1.5 Апробация работы
Основные разделы и результаты работы доложены и обсуждены на: научных семинарах кафедры "Сопротивление материалов" МГАТУ им. К.Э. Циолковского (сентябрь 1994, октябрь 1995 года, октябрь 1996 года); Гагаринских чтениях МГАТУ им. К.Э. Циолковского, 1995-96 гг.; на научном семинаре ЦАГИ (октябрь 1996 года).
1.6 Структура н объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, приложения и содержит 115 страниц машинописного текста, в том числе 54 иллюстрации.
Библиографический список включает 96 наименований
