РОЗДІЛ 2
2. МЕТОДИ І МЕТОДИКИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
В процесі виконання дослідження використовувались стандартні і оригінальні методи і методики: методи механічних випробувань на втому [144], методи оптичних металографічних досліджень, методи растрової електронної мікроскопії, спеціальна розроблена методика обчислення параметра пошкодження D, метод інтерференційної профілометрії.
2.1. Зразки, обладнання і програма випробувань при дослідженні
деформаційного рельєфу
Досліджувався деформаційний рельєф на поверхні сплавів Д-16 АТ, 2024 Т3, 7075 Т6 з концентратором напружень у вигляді отвору, а також зразки реальних елементів авіаційних конструкцій. Механічні характеристики матеріалів, а також їх хімічний склад (без урахування домішок) приведені в таблицях 2.1-2.2. (Слід зауважити, що в довідковій літературі зустрічаються суттєві розбіжності при наведенні характеристик конструкційних матеріалів. Особливо це стосується закордонних конструкційних матеріалів).
Таблиця 2.1
Механічні характеристики алюмінієвих конструкційних
сплавів Д-16 АТ, 2024 Т3, 7075 Т6 [145]
СплавиГраниця міцності при розтягуванні, МПаГраниця текучості, МПаВідносне подовження, %Модуль пружності, МПаД-16АТ44029018712024 Т34352901273,27075 Т6538469771,8 Таблиця 2.2
Основні компоненти (% маси) алюмінієвих конструкційних
сплавів Д-16АТ, 2024 Т3, 7075 Т6 [145]
Сплави Cu Mg Mn Zn CrД-16АТ 3,8-4,9 1,2-1,8 0,3-0,9 - -2024 Т3 3,8-4,9 1,2-1,8 0,3-0,9 - -7075 Т6 1,2-2,0 2,1-2,9 - 5,1-6,10,18-0,28
При виготовленні листи цих сплавів плакуються алюмінієм, або його сплавами. Плакування здійснюється шляхом сумісної гарячої прокатки основного і плакуючого матеріалів. В якості захисного плакуючого шару підбирають такі матеріали, які в умовах дії корозійного середовища є анодом по відношенню до основного металу, що забезпечує його стабільний захист навіть при наявності місцевих порушень плакуючого шару (подряпини, потертості і т.п.). Для плакування листів більшості сплавів, зокрема сплаву Д-16, використовують алюміній марки АД1 (А5). Для плакування листів із сплаву В-95 використовують алюмінієвий сплав АЦ, що містить 0,9-1,3 % Zn. Плакування сплавів 2024 Т3 і 7075 Т6 проводиться подібно до процедури плакування їх аналогів - сплавів Д-16АТ і В-95.
Товщина плакуючого шару на кожній стороні листа залежить від його товщини і призначення. Для листів товщиною до 1,9 мм товщина плакуючого шару складає приблизно 4%.
Геометрія зразків для втомних випробувань з концентратором у вигляді отвору показана на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Зразок для втомних випробувань
Проведено також експерименти, спрямовані на обґрунтування можливості діагностики елементів обшивки з іншими видами концентраторів напружень. На рис. 2.2 показано загальний вигляд зразка клеєзварного з`єднання, препарованого з обшивки фюзеляжу літака Ан-24. Стрингер перпендикулярний осі навантажування. Ширина зразка 90 мм, довжина 220 мм. При вказаній ширині зразка в його поперечному перерізі знаходяться три точки кріплення стрингера до обшивки. Кріплення стрингера до обшивки виконано клеєзварюванням.
а) б)
Рис. 2.2. Зразок клеєзварного з'єднання обшивки і стрингера:
а) - зовнішня поверхня зразка;
б) - внутрішня поверхня зразка
Для виконання випробувань використовувалась стандартна гідропульсаційна випробувальна машина МУП-20 (рис.2.3).
Рис. 2.3. Випробувальна машина МУП-20
Для моніторингу деформаційного рельєфу було розроблено і виготовлено спеціальне обладнання [146,147]. При цьому ставилось за мету використати уніфіковані елементи, які виготовляються серійно, мають стабільні характеристики і відносно невисоку ціну.
Виготовлені моніторингові системи декількох рівнів, як функціональних так і цінових.
1. Для первинного оперативного контролю стану поверхні розроблена система, яка складається із переносного оптичного мікроскопа (збільшення х24), WEB-камери відносно невеликої виокремівності і портативного комп'ютера (рис. 2.4).
Рис. 2.4. Комплекс для оперативного контролю поверхні
2. Для контролю стану поверхні і виконання кількісної оцінки стану накопиченого пошкодження безпосередньо в процесі циклічного навантажування, розроблена система, яка монтується на випробувальній машині і складається із оптичного мікроскопу (збільшення х200), WEB-камери або цифрової фотокамери і портативного чи звичайного персонального комп'ютера (рис. 2.5).
3. Для виконання кількісної оцінки накопиченого пошкодження і детального дослідження поверхневих структур використовувалась система, яка складається із стаціонарного металографічного мікроскопу ММР-4 (збільшення до 600), цифрової фотокамери і портативного чи звичайного персонального комп'ютера (рис.2.6).
Рис. 2.5. Зовнішній вигляд приладу
1 - випробувальна машина; 2- нижній захват; 3 - об'єкт дослідження;
4 - верхній захват; 5 - мікроскоп; 6 - нерухома опора; 7 - гвинт мікроподачі; 8 - затисний гвинт; 9 - гвинт макроподачі; 10 -WEB- камера;
11 - гвинт вертикального переміщення; 12 - гвинт горизонтального переміщення; 13 - затисний гвинт; 14 - опорний кронштейн;
15 - персональний комп'ютер; 16 - джерело живлення
Рис. 2.6. Металографічний мікроскоп ММР-4 для детального