Способ предотвращения роста усталостных трещин в тонкостенных конструкциях

54006 9) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К4 25-2 Бюл.42 ребенников, А. М евский, А. Е. и В. Н. Стебенев ский ордена Лен тут им. Н. Е.088.8) ТимченЛитвинен на авиаци- Жуковского СССР(54) (57) СПОСОБ ПРЕД РОСТА УСТАЛОСТНЫХ Т КОСТЕННЫХ КОН СТРУ чающий выполнение в верш верстий и установку в пос ных деталей с радиальным гами, отличающийся тем, ч вышения остаточной устал ти, перед выполнением отвер ную трещиной зону констр ют статическим усилием раскрытия трещины, равным ной нагрузке на конструкци мают после установки креп ОТВРАЩЕНИЯ РЕЩИН В ТОНКЦИЯХ, вклюинах трещин отледние крепежи осевым натято, с целью поостной прочносстий поврежденукции нагружав направлении эксплуатационю, которое сниежных деталей.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, вьполненные 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, отверстие30 35 Ф 6 Н 7. В полученные отверстия запрессовы 40 вают болты с радиальным натягом равным 45 50 55 5 10 15 20 25 заполнено стержнем болта с радиальным натягом; на фиг, 4 . - характер изменения амплитуды напряжений 2 б (б) 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 Р - эксплуатационная нагрузка на конструкцию). При этом эффективность предлагаемого способа тем выше, чем ближе уровень статической (технологической) нагрузки к Р ,Радиальный натяг по стенке отверстия в вершине трещины должен быть не менее, чем обеспечиваемый посадкой Н 7/р 6,На фиг. 4 видно, что применение данного способа предотвращения роста трещин приводит к значительному уменьшению амплитуды напряжений растяжения о 8 в зоне их максимальной концентрации на стенке отверстия (заштрихованное поле), а это явление приводит к существенному повы,1 цению остаточной усталостной прочности участка тонкостенной конструкции с трещиной, нагруженного циклическими, растягиваюшими и раскрывающими трещину усилиями.Пример, Проводят исследование плоских образцов из материала Д 16 АТл 2,0 с центрально расположенной трещиной. Образец с трещиной нагружают на растяжение статической, одноосной и раскрывающей трещину нагрузкой до б брутто= 14,1 кг/мм . Потом в вершинах трещин нагруженного статической нагрузкой образца выполняют круглые отверстия ф 5 Н 7 или аН= 1,2 О/о дв ( дв - диаметр стержня болта) . Материал болтов-сталь ЗОХГСА или титановый сплав ВТЗатем образец с залеченной трещиной испытывают при циклических одноосных, растягивающих нагрузках сбlб= 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 предотвращенияроста усталостных трещин особенно эффективен при использовании крепежа с односторонним подходом.Использование способа предотвращения роста усталостных трещин при выполнении ремонтных работ на планере самолета до 10540064капитального ремонта самолета, а также при ресурсных испытаниях планера самолета по сравнению с базовым объектом, принятым за прототип, обеспечивает снижение скорости распространения трещин,Составитель ИТехред И. ВересТираж 1 06 ВНИИ ПИ Госу по делам 113035, Москва,Филиал ППП Патенного ком етений и Раушска Ужгород, рств зобр Ж - 3 эг дактор Т. Колказ 8984/1 3 БелоусовКорректорПодписноитета СССРоткрытиИя наб:, д. 4/5ул. Проектная,. Шарош