Прогнозирование несущей способности композитных фланцев корпусных д

нагружения, материал очередного разрушенного слоя и площадь разрушенных слоев , отнесенных к обшей площади поперечного сечения рассматриваемой конструкции.

Таблица 6.2

Кинетика разрушения фланца корпуса подвесок со звукопоглощающим контуром ( расчет со скалярной функцией поврежденности)

* В числителе количество разрушенных слоев по усталостному критерию, в знаменателе — по

статическое.

Расчеты показывают, что фланец сохраняет несущую способность в тече­ ние дополнительных 9,6-107 циклов нагружения после возникновения первой зо­ ны разрушения. Дополнительная наработка в 40 раз превышает оценку, получен­ ную по критерию наислабейшего звена. Разрушение конструкции, моделируемое по первому алгоритму, можно условно разделить на три этапа. На первом этапе происходит постепенное развитие зоны разрушения по верхней границе области однонаправленного стеклопластика. Разрушение фиксируется как в слоях одно­ направленного, так и в слоях тканого стеклопластика, до образования сплошной зоны разрушения, пересекающей поперечное сечение фланца (рис. 6.3,а-е). Нара­ ботка конструкции при этом увеличивается до 0,32-107 циклов нагружения. Вследствие особенностей конструкции данного фланца можно предположить, что появление данной сплошной зоны разрушения не приводит к потере несущей способности.

Далее, на втором этапе, разрушения происходят преимущественно в ниж­ них слоях фланца с увеличением наработки до 5,МО7 циклов нагружения (рис. б.З.е-з и рис. 6.4,а-г). После чего, на заключительном этапе, происходит развитие области разрушения вблизи угловой точки сгиба слоев на внешней поверхности фланца (рис.6.4,д) до появления сплошной зоны разрушения (рис.6.4,3), которая приводит к полной потере несущей способности конструкции. Окончательное значение ресурса работы по данному алгоритму составляет порядка 9,88-107 цик­ лов нагружения.

Уточненный расчет ресурса работы данного фланца по второму алгоритму с тензорной функцией поврежденности показал следующее. Первое повреждение по типу поперечного отрыва зафиксировано в слое тканого стеклопластика при наработке 1,47-107 циклов (рис. 6.5,а) в месте контакта фланца с сопрягаемой де­ талью. Далее, по мере увеличения числа циклов наработки, область повреждений типа расслоения увеличивается и параллельно образуется вторая внутренняя зона такого же типа (рис. 6.5,б-е). К моменту наработки I08 циклов нагружения по­ вреждения подобного вида распространяются и на слои однонаправленного стек­ лопластика, достигая в сумме относительного размера SR-^% к общей площади

поперечного сечения конструкции (см. рис. 6.5,г). После чего без значительного увеличения числа циклов происходит дальнейшее разрушение поврежденных слоев по первому критерию группы уравнений (2.25), что соответствует разрыву волокон основы (Пц = 1), и, частично, по критерию, соответствующему сдвиговым напряжениям в плоскости ОХ2Хз локальной системы координат слоев. При этом, согласно схеме редукции упругих технических постоянных табл.5.2, данные слои полностью теряют способность сопротивляться внешней нагрузке. Область раз­ рушения распространяется через всё поперечное сечение фланца (рис. 6.5,з), что приводит к потере его несущей способности. Таким образом, в качестве уточнен­ ного ресурса работы фланца корпуса подвесок со звукопоглощающим контуром, рассчитанного по алгоритму с тензорной функцией поврежденности, можно при­ нять величину 108 циклов нагружения.

Сравнение результатов расчета ресурса по первому и второму алгоритму позволяет отхметить следующее. Хотя число циклов до начала разрушения, опре­ деленное в первом алгоритме по критерию Хилла, меньше аналогичного значе­ ния, рассчитанного во втором алгоритме по критерию максимальных напряжений (0.22-Ю7 циклов по сравнению с 1.47-107), окончательное значение ресурса к мо­ менту исчерпания несущей способности совпадает достаточно хорошо — при­ близительно 108 циклов нагружения в обоих вариантах. Таким образом, данный фланец, как и фланец силового корпуса, обладает значительным ресурсом несу­ щей способности даже после начала процессов разрушения его структурных эле­ ментов.

6.3. Фланец цилиндрической части кожуха обшивки со звукопоглощающим контуром

Предварительная оценка ресурса фланца по критерию Хилла (2.28), (2.29) с использованием соотношений (2.30) показала, что разрушение может начаться после 2000 циклов нагружения. Уточненная оценка ресурса проводилась только по второму алгоритму с тензорной функцией поврежденности. В этом случае возникновение повреждений по третьей моде (типа расслоения) фиксируется при наработке 2,07-103 циклов нагружения в том же месте (рис. 6.6,а), где отмечались повреждения у фланца силового корпуса (см. рис. 6.3,а). Область повреждений данного вида увеличивается при незначительном повышении числа циклов до 2,76-105 (рис. 6.6,а-е). Далее, после достижения наработки 2,4* 105 циклов нагру­ жения, возникает вторая зона повреждений (рис. 6.7,а) также по третьей моде разрушения. После чего развитие повреждений происходит, в основном, в этой зоне (рис. 6.7). К моменту наработки 0,5-10б происходит образование двух сплошных зон повреждений по третьей моде разрушения, перерезывающих попе­ речное сечение фланца; кроме того, в нескольких элементах фиксировалось до­ полнительное разрушение по пятой моде, что в соответствии с правилом табл. 5.1 приводит к полной потере несущей способности данного слоя. Относительная суммарная площадь области разрушения к этому моменту составляет приблизи­ тельно 4% от общей площади рассматриваемого поперечного сечения фланца. Таким образом, в качестве уточненного ресурса работы данного фланца может быть принята величина 0,5-106 циклов нагружения.

6.4.Фланец конусной части кожуха обшивки со звукопоглощающим контуром

Предварительная оценка фланца конусной части кожуха показала, что раз­ рушение возможно после 2000 циклов нагружения. Уточненная оценка проводи­ лась по второму алгоритму с тензорной функцией поврежденности. Результат развития областей разрушения показан на рис. 6.8, 6.9. Начало разрушения (см. рис. 6.8,а), определяемое во втором алгоритме по критерию максимальных на­ пряжений (2.25) и зависимости (2.30), совпадает с предварительной оценкой. Да­ лее разрушение фиксируется по третьей моде (расслоение) и последовательно, по мере увеличения числа циклов нагружения, возникают четыре зоны разрушения во внутренних угловых точках конструкции (см. рис. 6.8,а-г).

Начиная с наработки 0,87-104 циклов отдельные слои начинают разрушать­ ся по четвертой и пятой модам разрушения и материал теряет способность сопро­ тивляться сдвигу. Несмотря на это, развитие зон повреждений происходит при значительном увеличении числа циклов нагружения (см. рис.6.9). К моменту на­ работки 0,272-108 циклов нагружения образуются сплошные зоны разрушения, в которых материал уже полностью не обладает несущей способностью (см. рис.6.9,е). Таким образом, наработка 0,272-108 может быть принята в качестве уточненной оценки ресурса работы фланца конусной части кожуха.

Рис. 6.6. Области усталостного разрушения фланца цилиндрической части кожуха обшив­ ки со звукопоглощающим контуром (расчет с тензорной функцией поврежденности). Чис­ ло циклов нагружения N \ 2 , 0 7 (а); 2,07-103 (б)\ 2,07-103 (в) ; 2,07-103 (г)\ 2,48-103(^; 2,76-103 (е)