Распространение усталостной трещины

В работе Поу [4] изложенная ранее концепция была применена для изучения процесса распространения усталостной трещины в панели, усиленной ребрами жесткости. В этой работе приведен расчет процесса распространения трещины в панели с ребрами жесткости с использованием данных, полученных при испытании неармированных панелей. Автор провел сравнение результатов расчета с действительными данными, полученными при испытании панелей с ребрами жесткости. На рис. 16.4 представлен пример такого расчета. Две штриховые кривые указывают полосу разброса данных относительно скорости распространения трещины, полученных при испытании панели, не усиленной ребрами жесткости. Две сплошные тонкие линии представляют собой результаты расчета для панелей, усиленных ребрами жесткости, которые очень хорошо согласуются с данными испытаний. Коэффициенты интенсивности напряжения, как можно видеть из уравнения (16.2) и рис. 16.2, при приближении трещины к стрингеру уменьшаются. Следовательно, распространение трещины должно замедлиться. После того как трещина минует стрингер, влияние его жесткости уменьшается, а коэффициент К увеличивается, так же как и величина da/dn. Это явление отражено на кривой роста трещины, которая приведена на рис. 16.4. Эта кривая была получена при интегрировании данных Поу относительно величины da/dn; на кривой видно, как замедляется рост трещины в окрестности стрингера.

Рис. 16.4. Рост усталостной трещины в подкрепленной панели [4] (по даннымАЗТМ); м == 0,58.
Стрингеры, выполненные из алюминиевого сплава, расположены через 6 дюймов:
1 — неармированная панель; 2 — кривая роста трещины (правая шкала); 3 — 90%-ный доверительный интервал

В работе Поу содержится много интересных результатов. В этой работе показано, что легкие стрингеры тормозят рост трещины не столь значительно, как тяжелые, поскольку они не так сильно уменьшают коэффициент интенсивности напряжений. Когда трещина достигает следующего стрингера, вновь может иметь место торможение роста трещины, как показано на рис. 16.5. В окрестности второго стрингера происходит уменьшение скорости распространения трещины примерно в 10 раз. Аналогичные результаты были получены Смитом и др. [18]. В этой работе авторами было исследовано влияние полос, наклеенных на трещину, на процесс ее усталостного распространения.

Рис. 16.5. Распространение усталостной трещины через два стрингера в подкрепленной панели [4] (по данным ASTM):
1 — неармированная панель; 2 — разрушение центрального стрингера; 3 - 90%-ный доверительный интервал

Трещина в обшивке приводит к концентрации нагрузок, действующих на стрингер, что повышает вероятность разрушения стрингера в процессе усталостного нагружения. При разрушении стрингера скорость распространения трещины быстро возрастает, стрингер более не уменьшает коэффициент интенсивности напряжений; более того, обшивка должна воспринимать дополнительную нагрузку, действующую на разрушенный стрингер. Этот эффект проиллюстрирован на рис. 16.5. В случае применения сплошного армирования элементы жесткости будут всегда разрушаться одновременно с обшивкой. Поэтому сплошное армирование приведет лишь к небольшому замедлению роста трещины, как можно видеть из рис. 16.6.

Рис. 16.6. Распространение усталостной трещины со сплошным армированием [4] (по данным ASTM):
1 — неармированная панель; 2 — 90%-ный доверительный интервал

Результаты испытаний Поу показывают, что рассмотренный ранее метод расчета процесса распространения трещины в панелях, усиленных ребрами жесткости, позволяет получать довольно точные результаты. Наблюдаемые скорости роста несколько превышают расчетные значения. Это расхождение может быть вызвано несколькими причинами. При приближении трещины к стрингеру нагрузка, действующая на элементы крепежа, становится очень большой. Большие опорные напряжения вызывают деформацию болтовых отверстий. По этой причине эффективная жесткость стрингера уменьшается; это означает, что напряжения при вершине трещины уменьшаются не столь значительно. Может также играть роль форма стрингеров. Эффективность стрингера несколько уменьшается его эксцентриситетом. Степень этого уменьшения можно определить методом конечных элементов. Кроме того, на процесс распространения трещины может оказывать влияние история нагружения (см. гл. X).



 Предыдущая  § 16.3. Распространение усталостной трещины  Следующая 
 
Наш сайт работает на Sapid CMS
Яндекс цитирования
FEA.RU - Расчеты прочности, CAD/FEA/CFD/CAE Технологии, КЭ механика