Оценка влияния обжатия отверстий обшивки летательных аппаратов на прочность

УДК 539.37: 539.4

Оценка влияния обжатия отверстий обшивки

летательных аппаратов на прочность

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

В работе проанализировано влияние процесса обжатия отверстий под заклепоч-

ное соединение в обшивке летательных аппаратов на прочность и определена

оптимальная величина обжатия, при которой образуемое поле остаточных

напряжений приводит к снижению напряжений под действием эксплуатационных

нагрузок. Для этого в вычислительном комплексе ANSYS Workbench создана пара-

метрическая конечно-элементная модель одноосно нагруженной пластины (об-

шивки) с центральным отверстием, обжимаемым сферическим штампом. Данная

модель обеспечивает комплексное исследование

напряженно-деформированного

состояния

в окрестности отверстия. Проведенные сравнительные расчеты пла-

стины без предварительного обжатия отверстия и с предварительным обжати-

ем показали, что при определенном уровне обжатия можно добиться снижения

максимальных напряжений. Также в работе показано влияние радиуса сфериче-

ского штампа.

Ключевые слова:

штамповка, упругопластическое деформирование, контактная

задача, напряженно-деформированное состояние, остаточные напряжения, ко-

эффициент запаса по прочности

Введение.

Одним из путей повышения долговечности обшивки

летательного аппарата (ЛА) является процесс штамповки (обжатия).

При выполнении обжатия в (при-)поверхностном слое металла обра-

зуется зона пластического деформирования, приводящая в результате

к формированию поля остаточных напряжений. Растягивающие оста-

точные напряжения в поверхностных слоях, складываясь с внешними

нагрузками, могут вызывать разрушение деталей в процессе эксплуа-

тации. В то же время создание на поверхности сжимающих остаточ-

ных напряжений затрудняет образование трещин и значительно (иногда

в 2–3 раза) увеличивает усталостную прочность деталей и узлов [1].

Рассмотрению вопроса повышения долговечности тонкостенных

элементов ЛА (обшивки) посредством предварительного обжатия

(штамповки) отверстий заклепочных соединений посвящены различ-

ные работы как теоретического, так и экспериментального характера

[2, 3]. Однако недостаточно опубликовано работ, в которых проводи-

лось бы всестороннее исследование формирования полей остаточных

и активных (при эксплуатационных нагрузках) напряжений с исполь-

зованием численных методов. Поэтому целью данной работы являет-

ся разработка численной

методики

моделирования упругопластиче-