Автореферат (Разработка методов и совершенствование технических средств оценки работоспособности эластомерных клеевых соединений конструкций летательных аппаратов)

12ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыКлеевые соединения на основе эластомерных адгезионных материаловшироко используются во многих отраслях современной промышленностиблагодаря ряду преимуществ по отношению к другим способами соединения,обусловленному специфическими физико-механическими характеристикамиэластомеров.

В частности, в конструкциях авиационной и ракетно-космическойтехники эластомерные клеевые соединения (ЭКС) зачастую являютсяединственно возможным способом обеспечения надежного и герметичногосоединения хрупких неметаллических элементов конструкции (керамическихили композиционных) с металлическим корпусом летательного аппарата (ЛА).Использование ЭКС в конструкциях современных высокоскоростных ЛАприводит к его эксплуатации в экстремальных условиях комплексныхтеплосиловых нагрузок, при которых эластомерный адгезив проявляетхарактерные реологические свойства (ползучесть, релаксация напряжений,временная зависимость прочности и т.д.).

Однако применяемые в настоящеевремя методы оценки работоспособности ЭКС зачастую не позволяют в полноймере учесть особенности механического поведения эластомерных адгезивов, аиспользуемые при этом технические испытательные средства, как правило, недают возможности учитывать специфику эксплуатации ЭКС в конструкцияхвысокоскоростного ЛА. Эти обстоятельства приводят к появлению ошибок врезультатах оценки работоспособности ЭКС при наземной лабораторностендовой отработке высокоответственных конструкции ЛА авиационной иракетно-космической техники.В сложившихся условиях для обеспечения гарантированных требований кнадежности и безотказности конструкций ЛА, включающих ЭКС, требуетсяактуализация существующих и разработка новых методов оценкиработоспособности ЭКС, а также совершенствование применяемых для оценкитехнических испытательных средств, что обуславливает актуальностьдиссертационной работы.Целью диссертационной работы является разработка методов исовершенствованиетехническихиспытательныхсредствоценкиработоспособности ЭКС для повышения надежности и достоверностирезультатов наземной лабораторно-стендовой отработки конструкций ЛА.Для достижения поставленной цели сформулированы и решеныследующие задачи:1.

Разработать методы оценки работоспособности ЭКС конструкций ЛА,подвергающихсяэкстремальнымпродолжительнымтеплосиловымвоздействиям, с учетом свойств механического поведения эластомерныхматериалов.2. Разработать новые и усовершенствовать существующие техническиеиспытательные средства, позволяющие проводить оценку работоспособностиЭКС в условиях, приближенных к эксплуатационным (при продолжительномтеплосиловом и комплексном термовибрационном воздействиях).13. Выполнить экспериментальную проверку предложенных методовоценки работоспособности ЭКС при повышенных температурах (до 340 °С) наобразцах конкретного клеевого соединения, использующегося в реальныхконструкциях ЛА.4.

Разработать и провести экспериментальную отработку методикиопределения долговечности ЭКС конструкции ЛА в условиях статическоготеплосилового воздействия.5. Провести апробацию разработанных методов и технических средствоценки работоспособности ЭКС на реальных конструкциях летательныхаппаратов.Методология и методы исследования оценки работоспособности ЭКСвключают расчетные и экспериментальные методы анализа механическихсвойств эластомерных материалов и клеевых соединений на их основе.Предлагаемые методы и подходы основаны на положениях механикидеформируемого твердого тела, включая нелинейную теорию упругости,теорию ползучести, элементы теории вязкоупругости и общей теориипрочности и надежности машин, а также на методах планирования научногоэксперимента.Научная новизна работы заключается в обосновании предложенныхметодов оценки работоспособности ЭКС конструкций летательных аппаратов, атакже:1.

Разработке метода и получении критериальных соотношений дляпрогнозирования долговечности ЭКС в условиях продолжительноготеплосилового воздействия.2. Разработке математической модели деформирования ЭКС с учетомползучести эластомерного адгезива, эксплуатируемого в условияхпродолжительного теплосилового воздействия.3. Разработке и создании оригинальных испытательных средств и ихнаучно-методического обеспечения для оценки работоспособности ЭКС приназемной лабораторно-стендовой отработке конструкций ЛА.4. Планировании, проведении и получении экспериментальных данных оработоспособности ЭКС на основе кремнийорганического герметикаВИКСИНТ У-2-28 в условиях продолжительного нагружения при повышенныхтемпературах (свыше 250 °С).Достоверность полученных в работе результатов подтверждается строгимматематическим обоснованием полученных аналитических соотношений,непротиворечивостью принятых положений, а также сопоставлениемрасчетных значений с экспериментальными, полученными для большогоколичества образцов и реальных конструкций ЛА.Практическую значимость работы обосновывают:1.

Разработанная методика и критерий оценки долговечности ЭКСконструкций ЛА при продолжительном статическом теплосиловом воздействии.22. Разработанный индукционный способ теплового нагружения элементовконструкций ЛА и разработанная методика оценки параметров индукционногонагревателя.3. Оригинальныерезультатыкомплексныхэкспериментальныхисследований работоспособности ЭКС на основе герметика ВИКСИНТ У-2-28в условиях кратковременного и продолжительного теплосилового воздействия.4. Результаты экспериментальной отработки разработанного научнометодического обеспечения для созданных технических испытательных средствоценки работоспособности ЭКС конструкций ЛА.5.

Разработанные способы демонтажа узлов ЭКС конструкций ЛА,позволяющие предотвратить повреждения дорогостоящих деталей в процессеразборки.Результаты работы внедрены и использованы в ГНЦ РФ АО «ОНПП«Технология» им. А.Г.Ромашина», а также в Институте машиноведенияим. А.А. Благонравова РАН.Положения, выносимые на защиту1. РазработанныеметодыоценкиработоспособностиЭКС,эксплуатирующихся в условиях продолжительного теплосилового воздействия,с учетом свойств механического поведения эластомерных материалов.2.

Созданные технические испытательные средства и научно-методическоеобеспечение для лабораторно-стендовой оценки работоспособности ЭКСконструкций ЛА в условиях, приближенных к эксплуатационным.3. Методики проведения и анализ результатов экспериментальныхисследований работоспособности ЭКС конструкций ЛА в условияхпродолжительныхстатическихтеплосиловыхикомплексныхтермовибрационных воздействий.4. Методикуопределенияикритериальныесоотношениядляпрогнозирования долговечности ЭКС в условиях продолжительногостатического теплосилового воздействия.5. Оригинальные результаты апробации и экспериментальной отработкиразработанных методов и технических средств оценки работоспособности ЭКСна реальных конструкциях ЛА.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы былидоложены и обсуждались на IV Международной научной конференции«Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы»(Москва, 2013), XIX и XX Международных научно-технических конференциях«Конструкцииитехнологиинеметаллическихматериалов»(Обнинск, 2010, 2013), Международной научной конференции «Наследственнаямеханика деформирования и разрушения твердых тел - научное наследиеЮ.Н. Работнова» (Москва, 2014), II Международной конференции «Живучестьи конструкционное материаловедение» (Москва, 2014), Международнойконференции «Деформирование и разрушение композиционных материалов иконструкций» (Москва, 2014), Научной конференции «Материалы и технологиигерметизации» (Москва, ВИАМ, 2015), а также на научном семинаре кафедры3теории пластичности механико-математического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва, 2016), научных семинарах МГТУ им.

Н.Э. Баумана(Москва, 2015, 2016), ученых и научно-технических советах ГНЦ РФАО «ОНПП «Технология» им. А.Г.Ромашина» (Обнинск, 2012, 2013, 2014,2015, 2016).Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, в томчисле 4 работы в журналах, рекомендуемых ВАК РФ общим объемом3,8125 п.л./2,24 п.л., получены 2 патента на изобретение.Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и спискалитературы. Объем диссертации составляет 212 страниц, включающие 71рисунок и 11 таблиц. Список литературы содержит 181 наименование.КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении представлена краткая характеристика работы, обоснованаактуальность выбранной темы исследования и степень ее разработанности,сформулированы цель и задачи работы, определен объект и предметисследования, обоснована научная новизна работы и ее практическаязначимость.В первой главе приведены результаты выполненного литературногообзора отечественных и зарубежных работ, а также патентного поиска потематике исследования.