Способ торможения трещин в листовых металлических конструкциях Российский патент 2025 года по МПК B23P6/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к методам ремонта деталей, получивших усталостные повреждения в виде трещин при эксплуатации и преимущественно использующихся в машиностроении, авиастроении, судостроении.

Засверливание обнаруженной трещины по концам отверстиями известно по ряду нормативно-технических документов. Однако, этого недостаточно для эффективного торможения и остановки трещины, и она может завариваться. Например, в РД [1] сказано, что перед заваркой «трещина должна быть ограничена по концам просверленными сквозными отверстиями диаметром F 8 мм …».

Известен способ ремонта обшивки с трещиной [2], по которому на обшивку помещают накладку, перекрывающую трещину, накладку крепят к обшивке по контуру, а предварительно в вершинах трещины на всю толщину пакета выполняют отверстия и устанавливают в них с радиальным натягом и осевой затяжкой крепежные элементы.

Недостатками данного изобретения является большое количество крепежных элементов, меняющие геометрические и физические характеристики конструкции и требующие двухстороннего доступа к участку с трещиной.

Известен способ торможения трещины в тонколистовом элементе конструкции [3], при котором осуществляют нанесение выходящего на трещину одного или нескольких надрезов перпендикулярно направлению ее роста.

Недостатком данного изобретения является высокая вероятность появления новых трещин вдоль выполненных надрезов, в вершинах которых высокая концентрация напряжений.

В качестве прототипа выбран способ торможения роста усталостных трещин в тонколистовом материале [4], в котором осуществляют создание структурного барьера на вершине трещины до образования ядра с монолитной структурой остывшего металла.

Недостатком данного изобретения является сложная технология осуществления способа, меняющая структуру металла.

Задачами изобретения является повышение надежности элементов машиностроительных конструкций, предотвращение возможности полного их разрушения, упрощение технологии ремонта.

Поставленная задача решается тем, что в листовом элементе с трещиной наряду с основными разгружающими отверстиями в вершинах трещины выполняется по два дополнительных разгружающих отверстия с каждой стороны.

На фиг. 1 представлена металлическая листовая конструкция 1 с трещиной 2, имеющей расстояние между вершинами (длину) По обоим концам в вершинах трещины выполнены основные разгружающие отверстия 3 диаметром D, центры которых расположены в концах трещины. Дополнительные разгружающие отверстия 4 диаметром D. выполнены с каждой стороны относительно оси трещины и их центры расположены на расстоянии от центров основных отверстий.

Трещину с засверленными разгружающими отверстиями в расчетной схеме представим в виде эквивалентного эллипса. Коэффициент концентрации напряжений на контуре одиночного эллиптического отверстия в бесконечной пластине при одноосном напряжении можно определить по известной формуле (см. например [5]):

где b - большая ось эллипса, перпендикулярная действующему напряжению; а -малая ось эллипса, параллельная действующему напряжению. Формула может быть записана в виде:

где r - радиус в точке пересечения эллипса с большой осью.

Если трещина засверлена двумя основными разгружающими отверстиями диаметром D по концам, то - расстояние между вершинами трещины.

Если трещина засверлена шестью отверстиями (двумя основными и четырьмя дополнительными) диаметром D по концам (Фиг. 1), тогда r=3D/2, и формула (1) принимает вид

Из формулы (2) выразим диаметр

Пример. Длина трещины 15 см. Необходимо обеспечить коэффициент концентрации напряжений K не более 3,31. Имеем: K=3,31.

По формуле (3) получаем диаметр разгружающих отверстий

Диаметр разгружающих отверстий получился равным 5 см.

Эффективность действия дополнительных разгружающих отверстий наглядно демонстрирует результаты расчетов в табл. 1. Как видно из представленных результатов выполнение дополнительных разгружающих отверстий позволяет снизить концентрацию в 1,45…1,56 раза.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Обнаруженная в листовом элементе трещина визуализируется, устанавливается ее длина Прочерчиваются линии, перпендикулярные трещине и проходящие через ее концы. На этих линиях керном намечаются центры отверстий основных и вспомогательных разгружающих отверстий. Центры вспомогательных отверстий отстоят от центра основного отверстия на расстоянии Диаметр отверстий D рассчитывается по формуле 3, предварительно задается коэффициент концентрации напряжений K. Сверлятся отверстия.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. РД 31.44.05-80. Металлоконструкции крановые. Ремонт. Технические условия. Москва: Изд-во В/О Мортехинформреклама. 1986. 118 с.

2. А.с. СССР №1731566, МПК В23Р 6/04. Способ ремонта обшивки с трещиной / Э.Н. Румянцев, А.Г. Шаманов, Г.А. Новиков, В.Г. Бабичев, опубликовано 07.05.1992, Бюл. №17.

3. А.с. СССР №1500458, МПК В23Р 6/04. Способ торможения трещины в тонколистовом элементе конструкции / А.В. Колесов, К.М. Гумеров, опубликовано 15.08.1989, Бюл. №30.

4. Патент №2384396, РФ МПК В23Р 6/00. Способ торможения роста усталостных трещин в тонколистовом материале / Ю.А. Кузьмин, опубликовано 20.03.2010, Бюл. №10.

5. Щербань К.С. Сопротивление материалов и прочность авиационных конструкций. Москва: Изд-во МАИ, 2012. 333 с.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к методам ремонта деталей, получивших усталостные повреждения в виде трещин при эксплуатации и преимущественно использующихся в машиностроении, авиастроении, судостроении. Для торможения трещин в листовых металлических конструкциях создают барьер на пути роста трещины. Барьер создают на вершине трещины путем высверливания разгружающих отверстий, центры которых лежат на одной прямой, перпендикулярной трещине. Трещину засверливают шестью отверстиями. Центр среднего отверстия совпадает с вершиной трещины. Расстояния от него до центров двух соседних отверстий равны диаметру отверстия D, который находится из формулы где - расстояние между вершинами трещины, K - коэффициент концентрации напряжений. Обеспечивается повышение надежности элементов машиностроительных конструкций, предотвращение возможности полного их разрушения, упрощение технологии ремонта. 1 ил.

Способ торможения трещин в листовых металлических конструкциях, включающий создание барьера на пути роста трещины, создание барьера осуществляют на вершине трещины путем высверливания разгружающих отверстий, центры которых лежат на одной прямой, перпендикулярной трещине, отличающийся тем, что трещину засверливают шестью отверстиями, центр среднего отверстия совпадает с вершиной трещины, расстояния от него до центров двух соседних отверстий равны диаметру отверстия D, который находится из формулы где - расстояние между вершинами трещины, K - коэффициент концентрации напряжений.