Использование программного обеспечения MSC.Software для сопровождающего моделирования испытаний на усталость и живучесть вертолетных конструкций ЦАГИ им. проф. Н.Е.Жуковского МВЗ им. М.Л.Миля Александрин Ю. С., Кудряшов А. Б., Уськов В.М., Чедрик В.В.

Вертолет Ми-26 Рис.1

Шпангоут 24 Муляжная часть конструкции Хвостовая часть конструкции Тяги, удерживающие конструкцию Сосредоточенные массы Имитаторы шасси Конечно-элементная модель вертолета Ми-26 Модель для испытаний на усталость и живучесть Рис.2

Формы собственных колебаний свободной КЭ- модели вертолета Ми-26 в) Комбинация горизонтального изгиба и кручения х.б. (f=6.77 Гц) г) Комбинация горизонтального изгиба и кручения х.б. (f=7.33 Гц) а) Вертикальный изгиб хвостовой балки. (f=2.75 Гц) тона тона Полетная частота (Гц) Частота свободной модели Частотаназемной модели Погрешность(%) Описание тона (5.7) Вертикальный изгиб х.б (1.3) Горизонтальный изгиб х.б (3.4) Кручение + Горизонтальный изгиб х.б (1.8) Кручение + Горизонтальный изгиб х.б. б) Горизонтальный изгиб хвостовой балки. (f=2.96 Гц) Рис.3

Экспериментальные осциллограммы t, сек σ, кГ/мм 2 t, сек Мх, кГ·м f, Гц f = 0.7 Гц f = 6.7 Гц f = 17.6 Гц f = 2.2 Гц f = 7.3 Гц f = 2.7 Гц f = 3.2 Гц f = 9.2 Гц f = 46.0 Гц σ, кГ/мм 2 f, Гц f = 0.7 Гц f = 6.7 Гц f = 17.6 Гц f = 2.2 Гц f = 7.3 Гц f = 2.7 Гц f = 3.2 Гц f = 9.2 Гц f = 46.0 Гц напряжение крутящий момент в сечении I Коэффициенты ряда Фурье в разложении осциллограммы напряжений Рис.4

Схема исследуемых мест на хвостовой балке вертолета МИ-26 расположение контрольных элементов на хвостовой балке Сечение 1 Сечение 2 Сечение 3 Рис.5

Приложение возбуждающей силы: F=(0,1,0)F=(0,0,1) - на несущем винте - на рулевом винте - на стабилизаторе Исследование откликов в месте стыка хвостовой и килевой балок Рис.6

Картина циклических напряжений в месте стыка хвостовой и килевой балок Возбуждение на рулевом винтеВозбуждение на стабилизаторе Вертикальная сила F=(0,1,0) при частоте возбуждения f=17.6 Гц Рис.7

Анализ повреждаемостей конструкции хвостовой балки вертолета Ми-26 на основе результатов летных испытаний Цель работы: провести анализ повреждаемостей от отдельных режимов эксплуатации и сопоставить их с ожидаемыми повреждаемостями при усталостных испытаниях для коррекции нагрузок в программе испытанийРежимы Время, сек Испытательные полетные режимы Висение608.1* Развороты на висении , 8.24 Полет на малой скорости км/час Разгон – набор высоты Горизонтальный полет , 8.6 Виражи скольжения , 5.26, 5.30, 5.32, 8.8, 8.10 Моторное планирование Торможение Сумма полетных режимов Режимы полета вертолета для анализа повреждаемости Три рассматриваемых сечения хвостовой балки Три рассматриваемых сечения хвостовой балки Три силовых фактора в виде рассчитаннных моментов Mx, My, Mz Три силовых фактора в виде рассчитаннных моментов Mx, My, Mz * 8.1 обозначает данные в 1-ом режиме 8-го испытательного полета Рис.8

Гистограмма циклов нагружения после обработки алгоритмом падающего дождя Hysteresis Gate = 0 Range Axis Bins= 64 Mean Axis Bins = 64 Кол-во циклов = 299 Схема выделения полных циклов методом падающего дождя Рис.9

Датчикm=4m=5m=6 s E E E+06 s E E E+05 s E E E+05 s E E E+05 s E E E+05 Повреждаемости конструкции хвостовой балки вертолета Ми-26 в местах установки тензодатчиков m – показатель кривой Веллера Напряжение, кг/мм 2 Повреждаемости от полетных нагрузок Зависимость повреждаемости от величины эквивалентноых напряжений является весьма неоднозначной Она зависит не только от величины момента, но и количества циклов соответствующих моменту Рис.10

Момент MX ПолетРасчетПолет/расчет СечениеПовреждаемость E E E E E E Момент MY ПолетРасчет СечениеПовреждаемость E E E E E E Момент MZ ПолетРасчет СечениеПовреждаемость E E E E E E Среднее значение0.71 Сравнение повреждаемостей от полетных нагрузок и нагрузок усталостных испытаний Внутренние силовые факторы от нагрузок усталостных испытаний были рассчитаны с помощью системы MSC.Nastran (Расчет) 1. Все рассчитанные повреждаемости по моментам MX и MY хорошо согласуются между собой при действии полетных нагрузок и нагрузок усталостных испытаний 2. Результаты расчетов повреждаемостей по отдельным режимам полета могут быть использованы для корректировки нагрузок будущих усталостных испытаний Рис.11

Программа анализа полных циклов и повреждаемости с использованием критерия Одинга Рис.12

Функциональная схема программы 1. Ввод общих данных о решаемой задаче 2. Ввод *.bdf – файла 3. Ввод *.f06-файлов со статическими откликами 4. Ввод *.f06-файлов с динамическими откликами 5. Ввод файлов с описанием действующих в тензодатчиках напряжений и моментов 7. Построение осциллограмм расчетных напряжений и моментов 8. Расчет повреждаемостей для экспериментальных и расчетных напряжений f(x,t) – заданная на промежутке [0, T] функция – строятся на основе откликов. Минимизируется функционал Метод наименьших квадратов В случае решения через напряжения В случае решения через моменты линейные функции от Схема решения задачи 6. Построение системы уравнений. Решение обратной задачи, нахождение оптимального возбуждения Рис.13

Тензодатчик 4 Тензодатчик 12 Напряжения в тензодатчиках Тензодатчик 2 Тензодатчик 17Тензодатчик 18 Тензодатчик 22 Рис.14

Моменты в контрольных сечениях Mx, кГ·мMy, кГ·мMz, кГ·м Mx, кГ·мMy, кГ·м Сечение 1 Mx, кГ·мMy, кГ·м Mz, кГ·м Сечение 2 Сечение 3 Летный экспериментРасчет по программе Квазистационарный подход Рис.15

Напряжения в тензодатчиках - Эксперимент - Расчет Тензодатчик 29 σ, кГ/мм 2 t, сек Тензодатчик 30 σ, кГ/мм 2 t, сек Тензодатчик 38 t, сек Тензодатчик 21 σ, кГ/мм 2 t, сек Тензодатчик 18 t, сек σ, кГ/мм 2 t, сек Тензодатчик 19 σ, кГ/мм 2 Рис.16

Тензодатчик 19 Шпангоут 10хб Шпангоут 8хб Шпангоут 9хб Напряжения в поясах шпангоутов хвостовой балки Схема исследуемых напряжений Исследование циклических напряжений во внутренних поясах шпангоутов хвостовой балки - шпангоут 10хб - шпангоут 9хб - шпангоут 8хб t, сек σ, кГ/мм 2 - летный эксперимент - расчет t, сек σ, кГ/мм 2 Напряжения в тензодатчике 19 Рис.17

1.MSC.Nastran, MSC.Patran и MSC.Fatigue являются мощными средствами анализа конструкций, интегрированными в среде продуктов компании MSC.Software 2.Модульный принцип в их организации создает возможность учета особенностей расчета напряженно-деформированного состояния, динамических характеристик и ресурса в отечественной практике проектирования конструкций вертолетов 3.С использованием модулей программного обеспечения MSC.Software и разработанных авторами программ создана методика сопровождения наземных усталостных испытаний вертолета с учетом особенностей, принятых в ОКБ им. М.Л.Миля. 4.Расчеты повреждаемостей по различным силовым факторам показывают приемлемое согласование результатов для полетных нагрузок и нагрузок усталостных испытаний и будут использованы для планирования усталостных испытаний Рис.18