Испытание элементов конструкций летательных аппаратов из

Испытание элементов конструкций
летательных аппаратов из
композиционных материалов
повышенной прочности и надежности
Соглашение №14.В37.21.0434
Тема: «Конструирование и испытание многослойных элементов
конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов
повышенной прочности и надежности»
Исполнитель: ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный
университет технологий и управления» ( г. Улан-Удэ)
г. Москва
октябрь 2013 г.
1
Цель и задачи проекта
Цель проекта: разработка технологических процессов для
создания многослойных элементов конструкций летательных
аппаратов повышенной прочности, надежности из
композиционных материалов (КМ) с учетом технологических
дефектов и новых технических решений для комплекса
ресурсных испытаний на примере лопасти винта вертолёта
Задачи проекта
1. Разработка усовершенствованной технологии изготовления лопасти
винта из КМ;
2.Моделирование и расчет на прочность элементов конструкций и узлов из
слоистых композиционных материалов с учетом реальных нагрузок,
технологических дефектов, различных схем армирования,
обеспечивающих повышенную прочность и надежность;
3. Разработка подхода улучшения физико-механических и
эксплуатационных свойств композиционных материалов с использованием
наноматериалов;
4. Разработка методики и проведение ресурсных испытаний изделий
авиационной техники из КМ по заданной программе испытаний с
использованием контрольно-аппаратного и тензоизмерительного
комплекса, программного обеспечения для автоматизации процесса
2
испытаний и обработки результатов;
Моделирование и расчет на прочность лопасти
вертолета из КМ с учетом реальных нагрузок
Лопасть рулевого винта вертолета
Е=42000
МПа
Е=42500МПа
Е=17280МПа
Е=35МПа
Сечение лопасти
Е=4067МПа
Е=3857МПа
Е=800МПа
3
Моделирование лопасти винта из КМ
Моделирование сечения
лопасти вертолета из КМ с
учетом реальных нагрузок в
системе ANSYS
Сечение лопасти,
изготовленной из КМ
(материал – стеклопластик)
4
Усовершенствованная технология изготовления
лопасти винта вертолета из КМ
Оснастка для изготовления лопасти винта вертолета
Технология
изготовления лопасти
Лопасть винта из композиционных материалов
5
Моделирование и расчет на прочность каркаса
остекления кабины вертолета из КМ
Стандартная схема
из отдельных рам
Грузопассажирский вертолет Ми-171А




Альтернативная схема рамы
из композиционных материалов
Преимущества
использования
альтернативной схемы:
Высокая точность
конструкции остекления
Обеспечение высокого
уровня
взаимозаменяемости
остекления
Низкая трудоемкость
Уменьшение массы
конструкции почти в
2раза
6
Каркас остекления кабины вертолета из КМ
(выделенные участки, имеют различную геометрию
сечений)
7
Моделирование, расчет на прочность каркаса из КМ
легких передвижных жилищ - войлочная юрта .
Технология изготовления.
Расчет на прочность
Изготовление
каркаса юрты
из КМ
8
Экспериментальное исследование слоистых КМ
с дефектами типа отслоений
Стеклопластик
Углепластик
Рэксп.
Рчисл.
Размеры
дефекта
Ртеор. [Kн]
100
1.47
0.82 1.32 2.51 1.2
200
250
0.71
0.45
0.59 0.69 1.99 1.31 1.89
0.43 0.45 1.75 1.42 1.74
300
350
400
0.31
0.23
0.71
0.27 0.27 1.62 1.19 1.5
0.11 0.21 1.61 0.92 1.61
0.48 0.78 1.41 1.01 91.39
Рэксп.
[Kн]
Рчисл.
[Kн]
Ртеор.
[Kн]
[Kн]
[Kн]
2.5
Экспериментальные исследования образцов с
нанодобавками
Образцы из
стеклопластика с
межслойными дефектами
(при добавлении
наномодификаторов разной
концентрации в связующее).
Испытание образцов до полного разрушения сквозного дефекта
(отслоения) пластины
Испытательная машина
Instron 5982
Испытание образцов пластин из стеклопластика с дефектами типа круга
10
экс.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
Результаты эксперимента
Наим. Концентр. №
нано
наночастиц обр.
частиц в масс. %
Т-20
Т-20
Т-20
УНТ
УНТ
МВ
КО
КО
Т-20
Т-20
Т-20
УНТ
УНТ
МВ
КО
Т-20
МВ
Т-20
Т-20
УНТ
УНТ
КО
МВ
Т-20
Т-20
УНТ
УНТ
КО
0,3
0,5
0,1
0,1
0,5
0,1
0,5
0,3
0,1
0,1
0,5
0,1
0,5
0,1
0,1
0,3
0,1
0,5
0,1
0,5
0,3
0,1
0,5
6
11
1
13
17
29
21
28
10
5
4
14
18
32
23
12
30
2
7
16
19
26
31
9
8
15
20
24
Р(Н) макс. Деформация: дефект Разрушение образца
типа отслоение
737,2
558,6
535,8
461,8
548,5
576,5
500,6
485,6
554,6
593,2
465,6
472,4
419,1
552,8
450
628,2
546,8
459,2
500,2
463,3
484,2
542,8
563,8
564,5
576,1
341,5
490,9
390,8
Наличие P(Н)
при Наличие P(Н)
при
отслоении
разрушени
и
+
500
+
312
+
510
+
280
+
501
+
290
+
403
+
520
+
160
+
561
+
310
+
495
+
475
+
250
+
370
+
560
+
310
+
410
+
210
+
460
+
190
+
405
+
100
+
546
+
301
+
370
+
140
+
300
+
300
+
535
+
285
+
415
+
220
+
460
+
150
+
450
+
250
+
478
+
120
+
537
+
210
+
548
+
260
+
510
+
270
+
300
+
300
+
338
+
120
+
480
+
150
+
320
+
110
11
Лаборатория «Надежность, прочность изделий и
конструкций» (открыта в результате работы по
проекту)
Разработаны: конструкторская документация; чертежи стендов для испытаний на
усталостную прочность; руководства по эксплуатации стендов для испытаний на
усталостную прочность; система управления электродвигателями стендов для
испытаний на усталостную прочность; методика испытаний образцов лопасти
вертолета. Изготовлены и введены в эксплуатацию стенды для испытаний.
12
Чертеж стенда для
испытания среднего
участка лопасти
несущего винта вертолета
в плоскости тяги
Чертеж стенда для испытания комлевого
участка лопасти
несущего винта вертолета в плоскости
вращения
Чертеж стенда для испытания комлевого
участка лопасти несущего
винта вертолета в плоскости тяги
13
Конструктивные элементы стендов
Кронштейн с опорой
ТУМБА С НАТЯЖНЫМ
УЗЛОМ
ГИДРОЦИЛИНДР В ОПОРЕ
Подвесная опора,
вибратор, двигатель
14
Подготовка элементов лопасти вертолета к
ресурсным испытаниям
15
Ресурсные испытания лопасти вертолета
программное обеспечение для автоматизации процесса
испытаний и обработки результатов
16
Молодые исполнители проекта:
Перевалов А.В. – аспирант, ответственный за обеспечение
работоспособности электронного оборудования и программного
обеспечения. НИР подтверждена 1 патентом на изобретение, 2 актами
внедрения на предприятие, имеет 4 статьи.
Зайцев В.А. – аспирант- ответственный за
обеспечение работоспособности
испытательного оборудования. НИР
подтверждена 1 патентом на изобретение, 2
актами внедрения на предприятие, имеет 6
статей.
Бочектуева Е.Б.-к.т.н.,
ответственная за
аналитические и численные
расчеты. НИР подтверждена
2 патентами на изобретение,
1 актом внедрения на
предприятие, имеет 15
статей.
Чермошенцева А.С.
аспирант,
ответственная за
изготовление образцов
для итспытаний. Имеет
9 статей.
17
Конкурентоспособность проводимых испытаний в
созданной лаборатории
ОАО «КВЗ» СибНИА г.
Проект
г. Казань
Новосибирс г.Уланк
Удэ
Снижение себестоимости испытаний за
счет уменьшения транспортных расходов
по доставке образцов и временных затрат, а
также автоматизации испытаний
-
-
Динамические испытания образцов лопасти
вертолета.
Повышение точности испытаний за счет
использования программы для
непрерывного измерения и контроля
параметров в течение всего процесса до
разрушения
Нагрузки,
Температура
Деформации
+
+
+
-
-
+
+
-
+
-
+
+
+
-
-
+ 18
Программное обеспечение для построения
текущего состояния деформированных
моделей изделия в любой момент времени в
+
25-40%
Спасибо за внимание
19