Способ предотвращения роста усталостных трещин в тонкостенных конструкциях Советский патент 1983 года по МПК B23P6/04 B23P6/00 

€

(Л

ел

4

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РОСТА УСТАЛОСТНЫХ ТРЕЩИН В ТОНКОСТЕННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ, включающий выполнение в вершинах трещин отверстий и установку в последние крепежных деталей с радиальным и осевым натягами, отличающийся тем, что, с целью повышения остаточной усталостной прочности, 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.

Фиг.1 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, выполненные 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 принагружении приводит к уменьщению, 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 верщинах 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 уменьщению геометрического радиального натяга, так как материал у верщин трещин 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 верщине трещины выполнено при статической растягивающей и раскрывающей трещину нагрузке на конструкцию) ; на фиг. 3 - то же, отверстие 06 заполнено стержнем болта с радиальным натягом; на фиг. 4 - характер изменения амплитуды напряжений 2d (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 (где Р - эксплуатационная нагрузка на конструкцию). При этом эффективность предлагаемого способа тем выще, чем ближе уровень статической (технологической) нагрузки к Р. Радиальный натяг по стенке отверстия в верщине трещинь должен быть не менее, чем обеспечиваемый посадкой Н7/р6. На фиг. 4 видно, что применение данно го способа предотвращения роста трещин приводит к значительному уменьшению амплитуды напряжений растяжения dQ в зоне их максимальной концентрации на стенке отверстия (заштрихованное поле), а это явление приводит к существенному повыдению остаточной усталостной прочности участка тонкостенной конструкции с трещиной, нагруженного циклическими, растягивающими и раскрывающими трещину усиЛИЯМИ. Пример. Проводят исследование плоских образцов из материала Д16АТл 2,0 с центрально расположенной трещиной. Образец с трещиной нагружают на растяжение статической, одноосной и раскрывающей трещину нагрузкой до б брутто 14,1 кгд/м№ . Потом в вершинах трещин нагруженного статической нагрузкой образца выполняют круглые отверстия 5Н7 или 6Н7. В полученные отверстия запрессовывают болты с радиальным натягом равным Н 1,2 % dB ( dB - диаметр стержня болта). Материал болтов-сталь ЗОХГСА или титановый сплав ВТ-16.. Затем образец с «залеченной трещиной испытывают при циклических одноосных, растягивающих нагрузках с .G-S.,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 больще в 7-15 раз, чем эффективность радиального натяга получаемого при при.менении известного способа предотвращения роста трещин. Предлагаемый способ предотвращения роста усталостных трещин особенно эффек