РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКИ ДОСЛІДЖЕННЯ ШВИДКОСТІ РОСТУ ВТОМНИХ ТРІЩИН
Дослідження механічних властивостей алюмінієвих сплавів, вивчення закономірностей впливу асиметрії циклу навантаження і одноразових перевантажувань за різних асиметрій циклу навантаження на кінетику РВТ, експериментальна апробація розроблених моделей потребує проведення великого обсягу випробувань, реєстрації на магнітних носіях значної кількості даних. Це вимагає розробки спеціалізованих методик проведення експериментальних досліджень і автоматизованих обчислень.
Для забезпечення необхідної точності навантажування, можливості подальшої автоматизованої обробки великих масивів експериментальних даних в роботі використовувалась сервогідравлічна випробувальна машина СТМ-100, виробництва АНТК імені О.К. Антонова. Керування випробувальним комплексом і реєстрацію вимірювальних величин здійснювали програмно, з використанням IBM сумісного персонального комп'ютера, який комутується з машиною за допомогою модуля КАМАК. Випробувальна машина забезпечує проведення випробувань на статичний або циклічний одновісний розтяг-стиск, за асиметрій циклу навантаження . Форма циклу навантаження: лінійна, прямокутна або синусоїдна. Керування машиною можна здійснювати контролюючи задане зусилля(м'яке навантаження) , деформацію (жорстке навантаження) чи переміщення штока . Похибка задаючого сигналу і точність вимірювання контрольованих величин не перевищує 1% максимального значення встановленого масштабного діапазону. Основні технічні характеристики машини зведені в табл.2.1.
Таблиця 2.1.
Технічні характеристики сервогідравлічної випробувальної
машини СТМ-100
Межі зусилля статичного розтягу-стиску0...100 кНМежі зусилля циклічного навантаження80 кНРобоча частота циклічного навантаження0,005...100 ГцМаксимальний тиск гідросистеми27,5 МПаПродуктивність гідростанції12...22 л/хвСпоживана потужність електродвигуна11 кВтХід робочого штока0...100 ммДіапазон давача переміщення плунжера0...100 ммДіапазон вимірювання зусиль динамометром100 кНМасштабування керуючого параметра1:1; 2:1; 5:1
Реалізацію статичного чи циклічного навантаження можна здійснювати як в ручному так і автоматизованому режимах. Автоматизоване керування машиною СТМ-100 виконується від персонального комп'ютера, шляхом задання послідовності програмних інструкцій в середовищі керуючого пакету прикладних програм ПОИСК (Програмное Обеспечение Испытаний Самолетных Конструкций). Програмне забезпечення ПОИСК створене для керування випробувальною машиною через одноканальну комутуючу систему КАМАК-АН "МУЛЬТИТЕСТ".
Програмне забезпечення ПОИСК забезпечує виконання наступних функцій:
- підготовку параметрів і конфігурацію одного з керуючих каналів ();
- підготовку параметрів і конфігурацію за чотирма незалежними вимірювальними каналами ();
- підготовка і реалізація програми керуючого і вимірювальних каналів;
- реєстрація вибраних керуючих і контрольованих параметрів випробувань з часовою дискретністю кратною 0,055 сек, а також їх запис на жорсткий диск ПК;
- контроль реалізації програми випробувань і установлених аварійних меж каналів;
- можливість зміни програми каналів в процесі випробувань або її зупинки з наступним виконанням інструкції "программа останова канала", або виходом на заданий рівень статичного навантаження;
- контроль екстремумів параметрів каналів, незалежно від часової дискретності реєстрації;
- контроль екстремумів параметрів каналів в режимі осцилографа.
Запис керуючої програми здійснюється шляхом вводу стандартизованих команд (інструкцій), що дають можливість реалізувати вище описані функції. Максимальна програма не може перевищувати 3000 рядків. Робота з програмою ведеться в діалоговому режимі.
Крім того, ПОИСК передбачає генерацію стандартизованої випадкової послідовності зусиль "TWIST" за заданим спектром експлуатаційних навантажень на конструкційні елементи планера літака. Результатом роботи відповідної підпрограми TWIST є файл з розширенням *.lod послідовності символьних значень. Великим буквам послідовності відповідають максимальні півцикли зусиль, малим - мінімальні. В процесі реалізації випадкової послідовності навантаження кожному символу присвоюється відповідне йому значення зусилля, яке відпрацьовується машиною. Крім того, ПОИСК дає можливість відпрацювати будь-яку послідовність навантажень, розроблену поза межами власного середовища, записану в необхідному форматі.
2.1. Зразки і формули для визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень
Для дослідження швидкості РВТ використовували плоскі прямокутні зразки з центральною тріщиною, виготовлені з пластин алюмінієвих сплавів Д16чТ і Д16Т. Завдяки низькій питомій масі і високим показникам опору до руйнування під дією статичних, циклічних та динамічних навантажень, хорошій корозійній стійкості і технологічності знайшов широке використання в авіабудуванні для виготовлення несучих конструкцій, лонжеронів, стрінгерів, деталей фюзеляжу, панелей обшивки планерів літаків. Україна є країною з розвинутою літакобудівною галуззю, тому сплави Д16чТ і Д16Т вважаються стратегічними.
Конструкція зразків, що емітують панелі обшивки крила транспортного літака з отвором під заклепку, розроблена згідно з ГОСТ 25.506-85 [87]. Робоче креслення зразка зображене на рис.2.1. Для визначення умовної межі текучості і часового опору руйнування сплавів Д16чТ і Д16Т використовувались зразки виготовлені згідно креслення зображеного на рис.2.2. Хімічний склад сплавів, визначений спектральним аналізом, та деякі механічні властивості приведено в табл.2.2. Зразки з сплаву Д16Т, на відміну від Д16чТ виготовляли з пластин товщиною 3 мм. На зразках (рис.2.1.) в обох напрямках росту тріщин робили гострі надрізи (концентратори). Робочу поверхню зразка шириною 20 мм, вздовж
Таблиця 2.2.
Хімічний склад та деякі характеристики механічних властивостей алюмінієвих сплавів Сплав Д16чТCu,%Mg,%Mn,%Si,%Fe,%Ti,%Al4,01,60,750,070,050,0