Влияние способа установки ремонтных втулок на напряженно-деформированное состояние деталей планера летательного аппарата

Авторы

Рыжков М. ^{1, 2*}, Пыхалов А. А.^{3, 2**}, Зеньков Е. В.^{2, 3***}

1. ПАО «Яковлев», Ленинградский проспект, 68, Москва, 125315, Россия
2. Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074, Россия
3. Иркутский государственный университет путей сообщения, ИрГУПС, ул. Чернышевского, 15, Иркутск, 664074, Россия

*e-mail: mixa1997ruz@mail.ru
**e-mail: pykhalov_aa@mail.ru
***e-mail: jovanny1@yandex.ru

Аннотация

При случайном повреждении обшивки и других деталей планера самолета в зоне крепежных точек необходимо производить ремонт для восстановления прочности (равнопрочности) конструкции, где одним из эффективных методов, в этом случае, является использование специальной втулки – бужа. На сегодняшний день в отечественной практике отсутствуют данные о влиянии представленного метода ремонта на усталостную и статическую прочность конструкции.
В работе представлены результаты сравнения экспериментального исследования и численного моделирования по установке ремонтных втулок для деталей из алюминиевого сплава. Определялись различные виды деформаций образца – пластины с отверстием – при установке в него втулки различными способами: охлаждение втулки в жидком азоте и её запрессовка. Также, на основе натурного эксперимента и конечно-элементного (КЭ) моделирования с решением контактной задачи, показано, что при различных способах установки втулок, таких как запрессовка и установка после охлаждения в жидком азоте, возникает различное локальное напряженно-деформированное состояние (НДС) в зоне отверстия. На основании этого можно сделать предположение о том, что при различном начальном НДС в конструкции будет различное влияние ремонтной втулки на усталостную прочность.

Ключевые слова:

механика твердого деформированного тела, контактная задача, буж, система VIC-3D, коэффициент концентрации напряжений

Список источников

1. Zou Jiansheng, Zhu Jie. Influence of repairing technique by bushing on fatigue performance of metal structure for civil aircraft // Civil Aircraft Design & Research. 2018. No. 1. P. 67-70.
2. Рыжков М.Ю., Пыхалов А.А., Яхненко М.С. Математическое моделирование сопряжения деталей с натягом с учетом их взаимного влияния на долговечность сборной конструкции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2023. № 74. С. 5–19. DOI: 10.15593/2224- 9982/2023.74
3. Chen Changrong, Huang Weiyang. Interference fit of bushing and hole by using cold extrusion // Aeronautical Manufacturing Technology. 1997. No. 1. P. 43-44.
4. Hampoux R.L., Landy M.A. Fatigue Life Enhancement and High Interference Bushing Installation Using the Force Mate Bushing Installation Technique // ASTM STP 927-M. 1986. P. 39-52.
5. Фейгенбаум Ю.М., Дубинский С.В. Влияние случайных эксплуатационных повреждений на прочность и ресурс конструкции воздушных судов // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2013. № 187. С. 83–91. 
6. Нихамкин М.А., Воронов Л.В., Конев И.П. Влияние эксплуатационных повреждений и объёмных остаточных напряжений на усталостную прочность и сопротивление развитию трещин в лопатках компрессора // Вестник двигателестроения. 2006. № 3. С. 93-97.
7. Нихамкин М.Ш., Лимонова В.М., Хамидуллина А.К. Оценка снижения усталостной прочности лопаток компрессора при повреждении посторонними предметами // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 83–91.
8. Jun Chen, Yuguang Ma. et al. Quasistatic Tensile and Fatigue Performances of Titanium Alloy Open Hole Structures Strengthened by Different Cold Expansion Mandrel Front Cone Angles // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2025. Vol 4, No. 4. P. 1574-1588.
9. Bruno Pedrosa, Behzad V. Farahani, Carlos Rebelo, José A.F.O. Correia Fatigue Mechanisms and Crack Strain Field Measurements on Bolt Hole Detail // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2025. Vol. 233. URL: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2025.109664
10. Борисов И.В. Основы теории повреждаемости и восстановления авиационных конструкций. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 65 с.
11. Siwei Tao and Jiansheng Zou. Experimental study on fatigue performance of bushing repair with different fasteners // Journal of Physics Conference Series. 2021. Vol. 1885, P. 032037. DOI: 10.1088/1742-6596/1885/3/032037
12. Третьякова Т.В., Третьяков М.П., Вильдеман В.Э. Оценка точности измерений с использованием видеосистемы анализа полей перемещений и деформаций // Вестник Пермского государственного технического университета. Механика. 2011. № 2. С. 92-100.
13. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. – 592 с.
14. Ma Lifeng, et al. Formulation for Axisymmetric Non-Slipping Contacts between Dissimilar Elastic Solids // Proceedings of The Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2025. Vol. 481, No. 2305. URL: https://doi.org/10.1098/rspa.2024.0459
15. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. - М.: Машиностроение, 1977. – 232 с.
16. Зарецкий М.В., Сидоренко А.С. Оценка показателей долговечности конструкции авиационного изделия при действии случайных нагрузок // Труды МАИ. 2013. № 70. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=44479
17. Полоник Е.Н., Суренский Е.А., Федотов А.А. Автоматизация расчетов усталостной долговечности элементов авиаконструкций сгеометрическими концентраторами напряжений // Труды МАИ. 2016. № 86: URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=67799
18. Яшутин А.Г., Суренский Е.А. Автоматизированный комплекс силовых и детальных расчетов прочности самолета // Труды МАИ. 2014. № 74. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=49151
19. Скляров Н.М. Авиационные сплавы. Т. 1. Конструкционные стали. – М.: ОНТИ, 1975. – 429 с.
20. Кишкин С.И. Авиационные сплавы. Т. 4. Алюминиевые и бериллиевые сплавы. – М.: ОНТИ. 1982. – 626 с.

Скачать статью