2.1 Определение приведенных напряжений

При определении приведенных напряжений будем исходить из того, что усталостная долговечность элемента конструкции определяется максимальным напряжением на контуре концентратора . Предположим, что можно получить ту же долговечность в случае нагружения плоского образца с отверстием отнулевым циклом с максимальным напряжением σ_прив, такой величины, при которой на контуре отверстия образца возникнет та же величина напряжений , что и в элементе конструкции при регулярном многоосном нагружении. Таким образом, задача заключается в том, чтобы определить такую величину σ_прив , при которой напряжения на контуре отверстия в плоском образце будет равно напряжению на контуре концетратора в рассматриваемом элементе конструкции при его многоосном нагружении:

.

Рассмотрим наиболее значимые по условиям усталости элементы и конструктивные узлы, которые отличаются видом напряженно-деформированного состояния, а именно:

- геометрические концентраторы;

- продольные стыки;

- поперечные стыки.

2.1.1 Приведенные напряжения для элементов с геометрическими концентраторами

В конструкции гермофюзеляжа к элементам с геометрическими концентраторами, в которых возникают усталостные трещины, можно отнести:

- вырезы в обшивке кабины экипажа;

- рамы остекления кабины экипажа;

- вырезы в обшивке под входные (аварийные) двери, грузовые и буфетные люки;

- вырезы в оконных панелях;

- вырезы под опоры шасси;

- вырез под стабилизатор;

- вырезы под клапан сброса воздуха, под фары освещения, под антенну, под люк слива воды и т.д.

В конструкции крыла к элементам конструкции с геометрическими концентраторами можно отнести:

- отверстия в обшивках панелей для сливного крана, для датчиков топливомеров, под заливные горловины и т.д.;

- галтели перехода толщин обшивок панелей;

- отверстия в стрингерах нижних панелей крыла для перетекания топлива;

- люки-лазы в лазовых панелях;

- продольные швы;

- вырезы в обшивке панелей под воздухозаборник;

- вырезы в стенках лонжеронов для люков лазов под рельсы и винты закрылков и предкрылков и т.д.

Некоторые концентраторы в крыле (галтели перехода толщин обшивок панелей; отверстия в стрингерах нижних панелей крыла для перетекания топлива и др.) характеризуются тем, что они подвержены действию одноосного напряженного состояния, т.е. в их зоне возникают только нормальные напряжения σ_z. В этом случае на контуре концентратора в точке возможного зарождения трещины возникают напряжения σ_к э:

, где (1)

-коэффициент концентрации элемента конструкции.

В случае одноосного нагружения образца с отверстием напряжением σ_прив на контуре отверстия в точке возможного зарождения усталостной трещины возникает σ_к о:

, где (2)

-коэффициент концентрации образца с отверстием.

Приравняем правые части соотношений (1) и (2), и после преобразований получим, что приведенное напряжение равно:

В ряде случаев геометрические концентраторы находятся в условиях двухосного напряженного состояния. Например, отверстие в обшивке крыла, в окрестности которого возникает двухосное напряженное состояние с главными напряжениями σ₁ и σ₂. В этом случае на контуре отверстия в точке возможного зарождения усталостной трещины возникает напряжение σ_к э:

(3)

В случае одноосного нагружения образца с отверстием напряжением σ_прив на контуре отверстия возникает σ_к о:

, (4)

Приравняем правые части соотношений (3) и (4), и после преобразований получим, что приведенное напряжение равно: