Únosnost leteckých kompozitních konstrukcí

Transkript

1 Únosnost leteckých kompozitních konstrukcí Ing. Bohuslav Cabrnoch PhD. C Inter-Informatics Informatics a.s.. listopadu 00 Seminář ČSM Praha raha Česk eská republika

2 Úvod Únosnost letecké konstrukce»zatížení při kterém se letecká konstrukce právě poruší» Mez pevnosti» Katastrofická ztráta stability Stavební předpisy Obsahují požadavky na vlastnosti letadla pro dosažení letové způsobilosti»účelem stavebních předpisů je stanovit minimální požadavky na letoun tak aby byla zajištěna dostatečná pevnost a tuhost draku přiměřená jeho určení v provozu»stavební předpisy rozdělují letadla do různých kategorií (např. normální užitkové akrobatické cvičné ).» Civilní předpisy > AR USA státy AA (ederal Aviation Administration) > EASA CS (dříve JAR) Evropa státy EASA (European Aviation Safety Agency)» Vojenské předpisy > MI USA > NP CAGI Rusko Seminář ČSM. listopadu 00

3 Pevnostní výpočty»standardní konstrukce» Porovnání napjatosti v konstrukci s dovoleným napětí vztaženým k > mezi pevnosti P > mezi kluzu K P K Pr ov Dov = nebo f f»etecké konstrukce Pevnostní výpočty» Početní zatížení (ultimate load) Po» Provozní zatížení (limit load) Prov Prov» Součinitel bezpečnosti (factor of safety) f» Zvyšující součinitel bezpečnosti (special factor of safety) f z» Únosnost konstrukce (failure) u Poč Poč = Pr ov f f z u» Součinitel rezervy jistota (reserve factor) R R = u Poč» Míra bezpečnosti (margin of safety) MS MS = R 0 Seminář ČSM. listopadu 00 3

4 Pevnostní výpočty» Provozní zatížen ení Pevnostní výpočty» Maximální zatížení které se při normálním v provozu letadla může vyskytnout» Součinitel bezpečnosti» Dle stavebních předpisů vždy 5» Zvyšující součinitel bezpečnosti f z = (5 až 333) > Používá se v některých závažných případech (možnost většího rozptylu charakteristik materiálů zatížení provozního opotřebení) > Např. odlitky spojovací kování kluzná ložiska zatížení kabiny od přetlaku upevnění sedadel» Výjimku tvoří tzv. havarijní případy pady v nichž se používá f =. V těchto případech může dojít k trvalým deformacím konstrukce > Např. zatížením která se předpokládají jako poslední v provozu letounu (nouzové přistání) Seminář ČSM. listopadu 00 4

5 Pevnostní kritéria ria pro lamináty» Neinteraktivní» Kritérium maximálního napětí» Interaktivní» sai-hillovo kritérium pevnosti» sai-wu kritérium pevnosti» Hoffmanovo kritérium pevnosti t c t c Pevnostní kritéria... podélná tahová pevnost... podélná tlaková pevnost... příčná tahová pevnost... příčná tlaková pevnost... smyková pevnost... napětí ve směru vláken... napětí kolmo na vlákna... smykové napětí Seminář ČSM. listopadu 00 5

6 Pevnostní kritéria Kritérium rium maximáln lního napětí» Pevnostní podmínka max t > 0 c < 0 t > 0 c < 0 <» Odvození R R t > 0 R c < 0 R t > 0 R c < 0 R =» Vztah pro R R = min t > 0 c < 0 t > 0 c < 0 Seminář ČSM. listopadu 00 6

7 Pevnostní kritéria sai-hillovo kritérium rium pevnosti» Pevnostní podmínka <» Odvození R R R R ( R ) ( R ) =» Vztah pro R R = Seminář ČSM. listopadu 00 7

8 Seminář ČSM. listopadu 00 8 Pevnostní kritéria sai sai sai sai-wu Wu Wu Wu krit krit krit kritérium pevnosti rium pevnosti rium pevnosti rium pevnosti» Pevnostní podmínka» Odvození R» Vztah pro R f c t c t c t c t c t < R f R c t c t c t c t c t c t = A A 4 B B R = c t c t c t c t f A = c t c t B =

9 Seminář ČSM. listopadu 00 9 Pevnostní kritéria Hoffmanovo kritérium pevnosti» Pevnostní podmínka» Odvození R» Vztah pro R c t c t c t c t c t < A A 4 B B R = c t c t c t A = c t c t B = R R c t c t c t c t c t c t =

10 Certifikace Certifikace» Prokázání naplnění požadavk adavků stavebních předpis edpisů» Použiteln itelné přístupy» zkouškou > zkouška kompletní konstrukce (full scale test)» analýzou» kombinací > nejrozšířenější přístup» Building Block Approach (BBA)» systematický přístup k návrhu a certifikaci letecké konstrukce» životní cyklus kompozitní konstrukce je rozdělen do několika bloků Seminář ČSM. listopadu 00 0

11 Certifikace Building Block Approach (BBA) Seminář ČSM. listopadu 00

12 Certifikace Building Block Approach (BBA) Skupina A materiálov lové vlastnosti» Definování obecného chování materiálu» Zkoušky jsou obvykle prováděny na menších a jednodušších vzorcích Výběr materiálů (Block )» Zkoušky potenciálních materiálů» Selekce vhodných materiálů» Předběžné materiálové parametry vorba materiálových specifikací (Block )» Validace materiálových vlastností v závislosti na výrobním procesu» Kvalifikace materiálu Seminář ČSM. listopadu 00

13 Certifikace Building Block Approach (BBA) Skupina A materiálov lové vlastnosti Zjišťov ování návrhových hodnot (Block ( 3)» Databáze naměřených hodnot musí být dostatečně široká pro zjištění A nebo B hodnot» A-hodnoty > Konstrukce safe-life > 99% pravděpodobnost porušení s 95% spolehlivostí» B-hodnoty > Konstrukce fail - safe > 90% pravděpodobnost porušení s 95% spolehlivostí» několik výrobních dávek» několik šarží materiálu» Určení vlivu prostředí (teplota vlhkost...)» určení součinitele prostředí vztaženého k N podmínkám > Boeing C / 85% r.v. > Eurocopter 70 C / 85% r.v.» materiál konstrukční uzly Seminář ČSM. listopadu 00 3

14 Certifikace Building Block Approach (BBA) Skupina A materiálov lové vlastnosti Zjišťov ování návrhových hodnot (Block ( 3)» Určení vlivu vrubů» otevřené a vyplněné otvory» vliv svěrné síly spojovacího materiálu» Určení vlivu skladby» procentuální zastoupení orientace vrstev sled vrstev tloušťka laminátu... ucture. his includes» Vliv výrobních vad» dovolená velikost vady» Vliv výrobního procesu» citlivost konstrukce na parametry výrobního procesu Seminář ČSM. listopadu 00 4

15 Certifikace Building Block Approach (BBA)» ocasní plochy Boeing 777 Seminář ČSM. listopadu 00 5

16 Klasifikace leteckých konstrukcí dle DOD/NASA vs. požadavky na rozsah zkoušek polymerních kompozitů pro vývoj (EMD) a výrobu (production production) Certifikace Seminář ČSM. listopadu 00 6

17 Klasifikace leteckých konstrukcí dle DOD/NASA vs. požadavky na max. výrobní vady polymerních kompozitů Certifikace Seminář ČSM. listopadu 00 7

18 Certifikace Damage olerance»stavební předpisy vyžadují prokázání přístupu damage tolerance u primární kompozitní včetně zahrnutí vlivu prostředí»poškození» BVID (Barely Visible Impact Damage) - vizuálně nezjistitelná poškození» VID (Visible Impact Damage) - vizuálně zjistitelná poškození»výrobní vady» Definování max. velikosti nedetekovatelné výrobní vady» Návrh ND metod a postupů Seminář ČSM. listopadu 00 8

19 Certifikace Damage olerance» full-scale zkušebn ební program ocasních ch ploch Boeing 777 Seminář ČSM. listopadu 00 9

20 Certifikace Zbytková pevnost v závislosti na velikosti poruchy Seminář ČSM. listopadu 00 0

21 Závěr Děkuji za pozornost Seminář ČSM. listopadu 00