Výpočty kompozitních Požadované znalosti k provedení výpočtu jsou následující 1. Zatížení kontrolované součásti nebo konstrukčního uzlu. V letectví se při stanovení tohoto zatížení vychází z předpisů a osvědčených postupů. 2. Metodu výpočtu přípustného konečného napětí součásti. Pro výběr metody a pro stanovení dovoleného konečného napětí je nejlepším vodítkem očekávaný typ poruchy nosné, který výpočtář odhadne. Možno použít i MKP. 3. Materiálové omezení, které představuje mez pevnosti materiálu, moduly pružnosti E,G (jsou nutné pro výpočty deformací a stabilitní problémy). Získat tyto hodnoty pro kompozit může být problematické,protože materiál sami vytváříme.hodnoty většinou získáváme kombinací zkoušek,údajů z databází a výpočtů. 1
Výpočty kompozitních Typy poruch Poruchy materiálové - když nastane lom oddělením částic materiálu od sebe Stabilitní porucha - nastane když rovnovážný stav vnitřních sil se zatížením uvažovaný podle zjednodušené teorie, přestane být stabilní, takže nepatrný rušivý vliv způsobený nepřesným zavedením vnějšího zatížení nebo výrobní nedokonalostí (nepřesnost tvaru, nestejnorodost materiálu) přivodí prudký růst deformace a přídavných namáhání, což způsobí zhroucení. Například vybočení štíhlých přímých prutů působením osové tlakové síly, vyboulení nebo zvlnění tenkých stěn apod.. Přípustné končené napětí je zde určeno tzv. kritickým napětím na mezi stability. Stabilitní poruchy jsou časté a obvyklé u leteckých. Při těchto poruchách se kromě vlivu geometrického tvaru a způsobu zatížení uvažované části uplatňuje vliv mechanických vlastností a struktury materiálu. U tenkostěných trubek, křivých stěn a jiných prvků typických v letectví je vliv výrobních nedokonalostí tak veliký, že v praxi výsledky zkoušek nesouhlasí s výsledky jednoduchých teorií. Teoretické vzorce jsou proto často korigovány korekčními součiniteli získanými ze zkoušek, nebo zkoušky jsou zpracovány do grafů umožňujících určit kritické napětí z grafu v závislosti na určitých odečítacích faktorech většinou v geometrických poměrech 2
Výpočty kompozitních Použití metody konečných prvků Materiálové vstupy-bývá obtížné zajistit korektně všechny vstupní konstanty pro kompozitní materiály.data je možno získat z literatury,ze zkoušek a některé konstanty je možno dopočítat. Hodnoty zvláště u ručně kladených laminátů se mohou lišit podle jednotlivých výrobců Okrajové podmínky výpočtu nutno pečlivě stanovit,může významně ovlivnit výsledky výpočtu 3
Výpočty kompozitních Použití metody konečných prvků Využití modelu závisí i na způsobu modelování,jiný model je vhodný k zjištění vlastních frekvencí,jiný k stanovení stabilitních poruch Model je prakticky vždy dobře využitelný k určení místa problémového chovaní i stabilitní poruchy-kvalitativní posouzení K přesnému stanovení napěťových poměrů nebo zatížení při kterém dochází ke ztrátě stability je nutná verifikace modelu třeba pomocí provedené zkoušky.kvantitativní posouzení pouze po verifikaci. 4
Zkoušky -první použití kompozitů na pevnostní UL letounů rok 1990 - prudký nárůst kompozitních po roce 1996, v současnosti2/3sériově vyráběných UL letounů používají kompozity na primární konstrukci - LAA by nucena vytvořit komplexní program zkoušek kompozitních -Prováděné zkoušky můžeme rozdělit do několika kategorií. -certifikační typové zkoušky letounu s kompozitovou -vývojové zkoušky pevnostních kompozitových dílů používaných na letounech. -speciální zkoušky kompozitových dílů nebo reagující na požadavky zjištěné v provozu nebo nad rámec běžných certifikací -zkoušky kompozitových materiálů 5
Certifikační pevnostní zkoušky slouží k prokázání základní strukturální pevnosti všech nosných kompozitových dílů letounu jakojsou křídlo, trup, ocasní plochy atd. zkoušky skořepiny trupu letoun JORA rok 1993 vznik základní filosofie zkoušek zkoušky prováděny výrobcem za dozoru LAA zkoušky prováděny jednoduchými metodami zatěžování pytlíky zkoušky prováděny do početního zatížení s visuální kontrolou s měřením deformací 6
Letecké kompozitové Certifikační pevnostní zkoušky 7
Certifikační pevnostní zkoušky Současný systém zkušebního průkazu zahrnuje následující kroky Výběr rozhodujících případů pro zkoušku Návrh zkoušky včetně způsobu zatěžování(kleštiny pytlíky,jiné),přípravků a měřících míst na konstrukci Kontrola dostatečné shody náhradního zkušebního zatížení se zadáním,kontrola okrajových podmínek zkoušky Vlastní provedení zkoušky 8
Certifikační pevnostní zkoušky Každá schvalovaná kompozitová tedy projde systémem pevnostních zkoušek pokrývajících požadavky předpisu minimálně do početního zatížení. Zkoušky jsou prováděný za normálních teplot,proto jsou aplikovány různé dodatečné koeficienty pro kompozity pro části kde je to považováno za vhodné. U křídel se upřednostňuje provedení zkoušek až do zlomu z hlediska zjištění reserv. Často bývá po poruše provedena i oprava a zesílení kritického místa a zkouška se opakuje ke zjištění dalšího kritického místa. Spolupráce s Leteckým ústavem VUT BRNO Zkoušky v případě poruch porovnávány s návrhovými výpočty a ta významně slouží k upřesnění návrhových výpočetních metod 9
Certifikační pevnostní zkoušky výběr případů -zkouška křídla na kladný ohyb -zkouška křídla záporný ohyb a maximální krut -zkouška dutiny křídla krut -zkouška kořenové části křídla na krut -zkouška trupu maximální násobek kombinovaný s poryvem na VOP -zkouška trupu maximální násobek kombinace zatížení VOP a SOP -zkouška motorového lože boční násobek -zkouška motorového lože krutová tuhost -zkouška motorového lože na kladný násobek -zkouška VOP manévr -zkouška VOP poryv -zkouška VOP nesymetrický případ -zkouška trasy řízení VOP závěsovým momentem od manévru -zkouška nožního řízení silou od pilota -zkoušky tras řízení silami od pilota -zkoušky dorazů řízení -zkouška tuhosti výškového řízení -zkouška tuhosti směrového řízení -zkouška tuhosti příčného řízení -pádová zkouška hlavního podvozkupadostroj -shozová zkouška letounu na 3 body -shozová zkouška letounu na 2 body -dodatečné podmínky pro příďový podvozek -dodatečné podmínky pro hlavní podvozek 10
Certifikační pevnostní zkoušky Způsob zatěžování,přípravky,měřící místa,provedení zkoušky křídlo VL3 11
Certifikační pevnostní zkoušky Způsob zatěžování,přípravky,měřící místa,provedení zkoušky trup VL3 12
Certifikační pevnostní zkoušky V některých případech nutno aplikovat jiné způsoby zatěžování než v předchozích případech Statické zatěžování neodpovídá realitě nahrazeno dynamickým. 13
Certifikační pevnostní zkoušky V některých případech nutno aplikovat jiné způsoby zatěžování než v předchozích případech Musí se při zkoušce zohlednit konkrétní tlakové rozložení na povrchu dílu, nejenom dosáhnout srovnatelných vnitřních účinků na konstrukci 14
Certifikační pevnostní zkoušky-frekvenční zkoušky Vzhledem k zvyšujícím se výkonům UL letadel bylo nutno začít řešit otázku flutteru Na ČVUT Praha zařízení zjišťující vlastní frekvence kompozitových. Tyto data umožňují početní průkaz na základní flutterová kritéria 15
Vývojové zkoušky kompozitových dílů Týkají se především podvozků,vrtulí,ale i jiných dílů, na kterých jsou ověřovány technologické a výpočetní i konstrukční předpoklady před aplikací na letounech 16
Vývojové zkoušky kompozitových dílů Dynamické zkoušky podvozků na padostroji umožňují tuhostní i pevnostní naladění 17
Speciální zkoušky kompozitových dílů zkoušky kompozitových vodních letounů,netypické zkoušky.neobvyklé zatížení i provádění zkoušek 18
Speciální zkoušky kompozitových dílů Pádové zkoušky kompozitových trupů z hlediska ochrany posádek 19
Speciální zkoušky kompozitových dílů zkoušky kompozitových zasažených benzínem,prokázání vlivu na pevnost sendviče 20
Speciální zkoušky kompozitových dílů zkoušky kompozitových v rámci vyšetřování nehod letounů 21
Zkoušky materiálů Nezbytné pro úspěšné zvládnutí výpočtů a návrhů Výsledky silně podmíněné vybavením a přípravky 22
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Materiálové poruchy tlakových pásnic 23
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Materiálové poruchy tlakových pásnic Materiálová poruch v tahu -oko 24
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Smykové poruchy kořenových žeber křídla 25
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Smykové poruchy sendvičových stojin křídla 26
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Smykové poruchy vzorků dutin křídla 27
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Porucha stability sendvičového nosníku Porucha smykového lepeného spoje stojina pásnice 28
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Porucha stability tlakové části sendvičového trupu Smyková ztráta stability boční pole trupu 29
Výsledky zkoušek přehled typických poruch Porucha stability tlakové laminátové pružiny podvozku Smyková porucha roztržení bočnice podvozku 30