NK315 EKSPOATACJA STATKÓW LATAJĄCYCHitlims-zsis.meil.pw.edu.pl/pomoce/ESL/2016/ESL_3_2.pdf · Kurmaz O. Kurmaz L "Projektowanie węzłów i części maszyn", wyd. Politechniki Świętokszyskiej,

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW

Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej

Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej

dr inż. Kamila Kustroń 1




dr inż. Kamila Kustroń

NK315 EKSPOATACJA STATKÓW LATAJĄCYCH


Procesy degradacyjne i destrukcyjne

(c.d.)









ZMĘCZENIE obciążenia zmęczeniowe elementów konstrukcyjnych

zdeterminowane

okresowe - sinusoidalne i poliharmoniczne

nieokresowe - prawie okresowe i przejściowe

stochastyczne

stacjonarne

niestacjonarne

Obciążenia eksploatacyjne którym poddawany jest OT w ogólności są złożonymi

procesami stochastycznymi

Związane jest to z cechami analizowanego obiektu, oddziaływaniem otoczenia i

czynników roboczych

Obciążenia rzeczywiste przenoszone przez konstrukcje

modelowane są przy pomocy przebiegów sinusoidalnych

W przypadku obliczeń zmęczeniowych stosowane są

widma obciążeń otrzymane na podstawie obciążeń

stochastycznych, które podlegają opracowaniu

odpowiednimi metodami schematyzacji (modelowania,

zliczania)

Są to metody zliczania: lokalnych ekstremów (pików),

rozpiętości gałęzi rosnących i malejących, pełnych cykli,

par zakresów, obwiedni i pętli histerezy









;

T

s

sm

smin

smax

sa

t

Ds

2

lub 2

minmaxm

minmaxm

sss

max

min

max

min RR

s

s s lub









-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1

2

87

6

54

3

S(ni/nc)

P(sa)

1s

si

sekwencja obciążenia,

liczba poziomów obciążeń – k,

liczby cykli w bloku obciążenia – nl








dr inż. Kamila Kustroń N

smax

ZG

Rm

I - quasi statycznej wytrzymałości odpowiadającej, w zależności

od cech materiału, liczbom cykli od 1/4 do 103 (pękanie quasi

statyczne)

II - niskocyklowego zmęczenia od 103 do 105 cykli,

III - wysokocyklowego zmęczenia od 105 do 107 cykli,

IV - nieograniczonej trwałości zmęczeniowej

powyżej 107 cykli

I II III IV









0

100

200

300

400

1,00E+05 1,00E+06 1,00E+07 N

Stal 20H w powietrzuPA7Stal 20H w środowisku korozyjnym

sa

[MPa]









-1000

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8

1750 cy kli

2 cy kle

1500 cy kli

1000 cy kli

[%]

s [MPa]

Pętla histerezy dla stali 30HGSA przy stałej wartości

ac

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8

1cykl

800 cykli600 cykli

1000 cykli

200 cykli

s [MPa]

[%]

Pętla histerezy dla stali 45 w stanie znormalizowanym

przy stałej wartości ac

a)

b) c)

d)

e) f)

an

sa=const.

a=const.

N N N

N N N

apl

l

apl

l

apl

l

sapl

l

sapl sapl

l a=const.

a=const.

sa=const.

sa=const.

an an

san san

san





Step 1

Step 5

Step 15





Źródła naprężeń zmiennych w czasie

działających na statek powietrzny

1. Siły aerodynamiczne działające na płatowiec

(podmuchy, uskoki wiatru, zjawiska aeroelastyczne-

flutter, buffeting)

2. Lądowania (duże naprężenia, stosunkowo rzadkie)

3. Zespoły napędowe (drgania, zmienność ciągu)

4. Działanie użytkownika (układy sterowania, struktura

płatowca)













Badania wytrzymałości zmęczeniowej

konstrukcji lotniczych

Na etapie projektowania i konstrukcji próba

określajaca spektrum obciążeń (badanie

prototypu, przewidywanie na podstawie znanych

konstrukcji

W czasie eksploatacji określenie spektrum

obciążeń (HUMS, EHM, SHM), wyznaczanie

ilości odbytych cykli, ocena stanu technicznego

metody badań nieniszczących NDT, NDE





SPEKTRUM OBCIĄŻEŃ

prof. Mirosław Rodzewicz









Naprężenia zmienne w

„jakimś” czasie

Naprężenia zliczone, np. w całym czasie eksploatacji

D. Rozumek „Rozwój pęknięć zmęczeniowych”

Sumowanie obciążeń

Metoda

zliczania

cykli

Metoda

spektralna









prof. Mirosław Rodzewicz









Zmęczenie wysokocyklowe

D. Szcześniak, „ekspertyza materiałowa”









Zmęczenie niskocyklowe

D. Szcześniak, „ekspertyza materiałowa”





METODY ZABEZPIECZANIA CZĘŚCI LOTNICZYCH

PRZED PĘKANIEM ZMĘCZENIOWYM

dobór odpowiednich materiałów

konstrukcyjnych,

unikanie karbów i miejsc koncentracji

naprężeń,

zmniejszanie chropowatości,

utwardzanie struktury warstwy

wierzchniej materiału np. kulowanie









Kurmaz O. Kurmaz L "Projektowanie węzłów i części maszyn",

wyd. Politechniki Świętokszyskiej, Kielce 2007

Dobór odpowiednich materiałów:









Unikanie karbów i koncentracji naprężeń:

Na zniszczenie zmęczeniowe narażone są elementy poddane

wielokrotnym cyklicznym odciążeniom, w których występuje

koncentracja naprężeń takie jak karby, rysy, ostre zmiany przekroju.

Zapobieganie zniszczeniu jest realizowane poprzez odpowiednie

ukształtowanie,

np.: łagodne przejścia,

unikanie skokowej

zmiany kształtu.

Rysunek wykonawczy, Kurmaz O.

Kurmaz L "Projektowanie węzłów

i części maszyn",

wyd.Politechniki Świętokszyskiej,

Kielce 2007









Zmniejszenie chropowatości.

Uniknięcie koncentracji naprężeń można uzyskać poprzez zmniejszanie

chropowatości, powierzchnia staje się bardziej gładka, przez co

zmniejsza się prawdopodobieństwo mikropęknięć w powierzchni.

Kurmaz O. Kurmaz L "Projektowanie węzłów i części maszyn",

wyd.Politechniki Świętokszyskiej, Kielce 2007









Procesami korzystnymi oddziaływania na powierzchnię są :

•nawęglanie

•gładzenie

•polerowanie

•nagniatanie

•walcowanie

Procesami które osłabiają materiał pod względem zmęczeniowym są:

•hartowanie

•skrawanie

•szlifowanie

•spawanie

•EDM

•ECM

www.twojeinnowacje.pl, 7/05/2013

http://www.ponarzywiec.com.pl/szlifowanie_walkow, 7/05/2013

http://www.twojeinnowacje.pl/

http://www.ponarzywiec.com.pl/szlifowanie_walkow





KATASTROFY

SPOWODOWANE

PROCESAMI

ZMĘCZENIOWYMI





de Havilland DH 106

Comet

http://www.flightglobal.com/airspace/blogs/orion/archive/2011/02/15/showing-

your-colors.aspx 06/05/2013 20:24

http://www.flightglobal.com/airspace/blogs/orion/archive/2011/02/15/showing-your-colors.aspx













Boeing 737-200

Lot Aloha Airlines 243

http://www.oocities.org/capecanaveral/lab/8803/fcogalyp.

htm 06/05/2013 19:54

http://www.oocities.org/capecanaveral/lab/8803/fcogalyp.htm

http://www.oocities.org/capecanaveral/lab/8803/fcogalyp.htm









Boeing 737

http://www1.us.elsevierhealth.com/books.els

evier/companionsites/JenkinsKhanna/mmd/f

atigue_text/fatigue_text_1a.html

06/05/2013 21:00

http://www1.us.elsevierhealth.com/books.elsevier/companionsites/JenkinsKhanna/mmd/fatigue_text/fatigue_text_1a.html











IL-62 (14.03.1980)

Przyczyna: wada konstrukcyjno-wykonawcza wału silnika, który

zawierał karb będący powodem spiętrzenia naprężeń i zmęczenia

materiału, w efekcie czego nastąpiło pęknięcie wału silnika.

www.polskieradio.pl 06/05/2013 21:33

http://www.polskieradio.pl/









A

A

A-A

OBSZAR

OBSZAR

PĘKNIĘCIAZMĘCZENIOWEGO

DOŁAMANIA

KARBDUŻA CHROPOWATOŚĆ

POWIERZCHNI

WADAMATERIAŁU

BRAKZAOKRĄGLEŃ

C.

B.

MECHANIZMSTEROWANIA

STERAMI KIERUNKU I WYSOKOŚCI

WIDOK Z GÓRY

A.

MIEJSCE PRZECIĘCIA









IL-62M (9.05.1987)

Przyczyna: urwanie wału turbiny niskiego ciśnienia na skutek

zmęczeniowego zużycia łożyska wałeczkowego rozdzielającego wał

turbiny wysokiego ciśnienia od wału turbiny niskiego ciśnienia i

stanowiącego podporę międzywałową.

http://www.metallurgist.com/html/MetalFatigue.htm 06/05/2013 20:28

http://www.metallurgist.com/html/MetalFatigue.htm









Boeing 747-122

http://www.gophoto.us/key/united%20811 06/05/2013 20:29

http://www.gophoto.us/key/united 811





WNIOSKI

Wytrzymałość zmęczeniowa jest ważnym zagadnieniem

w budowie maszyn poddawanych obciążeniom zmiennym.

Zmęczenie może prowadzić do groźnych uszkodzeń

i katastrof

Pęknięcia zmęczeniowe są często trudne

do zaobserwowania przed wystąpieniem poważnego

uszkodzenia

Zagadnienia wytrzymałości zmęczeniowej są trudne

do opracowania teoretycznego. Większość wiedzy

pochodzi z badań doświadczalnych

Documents

NK315 EKSPOATACJA STATKÓW LATAJĄCYCHitlims-zsis.meil.pw.edu.pl/pomoce/ESL/2016/ESL_3_2.pdf · Kurmaz O. Kurmaz L "Projektowanie węzłów i części maszyn", wyd. Politechniki Świętokszyskiej,