Upload
hatuong
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 1
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
NK315 EKSPOATACJA STATKÓW LATAJĄCYCH
dr inż. Kamila Kustroń
Procesy degradacyjne i destrukcyjne
(c.d.)
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 2
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 3
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
;
T
s
sm
smin
smax
sa
t
Ds
2
lub 2
minmaxm
minmaxm
sss
max
min
max
min RR
s
s s lub
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 4
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
-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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 5
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 6
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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]
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 7
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
-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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 8
Step 1
Step 5
Step 15
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 9
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)
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 10
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 11
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 12
SPEKTRUM OBCIĄŻEŃ
prof. Mirosław Rodzewicz
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 13
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
Naprężenia zmienne w
„jakimś” czasie
Naprężenia zliczone, np. w całym czasie eksploatacji
D. Rozumek „Rozwój pęknięć zmęczeniowych”
Sumowanie obciążeń
Metoda
zliczania
cykli
Metoda
spektralna
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 14
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
prof. Mirosław Rodzewicz
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 15
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
Zmęczenie wysokocyklowe
D. Szcześniak, „ekspertyza materiałowa”
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 16
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
Zmęczenie niskocyklowe
D. Szcześniak, „ekspertyza materiałowa”
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 17
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 18
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
Kurmaz O. Kurmaz L "Projektowanie węzłów i części maszyn",
wyd. Politechniki Świętokszyskiej, Kielce 2007
Dobór odpowiednich materiałów:
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 19
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 20
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 21
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 22
KATASTROFY
SPOWODOWANE
PROCESAMI
ZMĘCZENIOWYMI
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 23
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 24
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
Boeing 737-200
Lot Aloha Airlines 243
http://www.oocities.org/capecanaveral/lab/8803/fcogalyp.
htm 06/05/2013 19:54
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 25
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 26
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 27
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 28
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
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
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 29
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń
Boeing 747-122
http://www.gophoto.us/key/united%20811 06/05/2013 20:29
ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW
Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej
dr inż. Kamila Kustroń 30
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