Долговечность конструкции вертолета

Рассмотрим поведение конструкции вертолета под действием усталостных нагрузок, т. е. нагрузок, хотя относительно и небольших по величине, но циклически повторяющихся в процессе эксплуатации вертолета сотни тысяч, миллионы и даже сотни миллионов раз.

При действии таких нагрузок происходят необратимые изменения в материале конструкции, которые постепенно накапливаются, в результате чего образуется трещина (вначале микроскопическая). По мере действия переменных нагрузок трещина увеличивается, происходит заметное ослабление конструкции и в конце — долом.

Такое разрушение называется усталостным. Свойство материала или конструкции выдерживать определенное число циклов таких нагрузок называется выносливостью. Рассмотрим сначала простой — синусоидальный закон изменения напряжения по времени. При данной величине амплитуды переменных напряжений после некоторого числа циклов нагрузки объект разрушится.

Число циклов до разрушения конструкции называется циклической долговечностью. Если эксперимент повторить для большого числа объектов, выполненных по одному чертежу, то окажется, что каждый из них сломается при разном числе циклов.

Существует большой разброс долговечности, даже если объекты изготовлены при строгом технологическом контроле. Разброс долговечности вызывается совокупным действием ряда случайных, неконтролируемых факторов. Поэтому к долговечности следует относиться как к случайной величине. Часто долговечность характеризуют ее средним значением и величиной разброса.

При определении ресурса ориентируются на наименьшую долговечность, полученную при испытаниях группы объектов данного типа.

Повторим теперь испытания для других значений амплитуды переменных напряжений (естественно, на других однотипных объектах). Для каждого значения найдем характерное (например, среднее или минимальное) значение количества циклов и построим график зависимости долговечности от амплитуды переменных напряжений. График, построенный по этому принципу, называется кривой усталости, характерной особенностью которой является увеличение числа циклов при уменьшении амплитуды нагрузки.

Таким образом, при уменьшении амплитуды переменных напряжений долговечность возрастает, и наоборот. Поэтому для того, чтобы получить большой ресурс, стремятся понизить уровень переменных нагрузок. При больших значениях количества циклов кривая очень пологая. Поэтому даже небольшое изменение амплитуды приводит к существенному изменению долговечности.

Так, при изменении нагрузки на 10% долговечность изменяется в 1,5—2 раза. Таким образом, конструктивные мероприятия, даже мало уменьшающие амплитуду переменных напряжений, позволяют существенно повысить ресурс. Аналитическое описание кривой выносливости пока полностью не установлено. Чтобы характеризовать выносливость данного объекта, используют также понятие «предел ограниченной выносливости». Задаются некоторым базовым значением долговечности, которое обычно принимается равным 10х106.

Google