Record Details

ANALYTICAL MODEL OF DAMAGED AIRCRAFT SKIN BONDED REPAIRS ASSUMING THE MATERIAL PROPERTIES DEGRADATION

Civil Aviation High TECHNOLOGIES

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title ANALYTICAL MODEL OF DAMAGED AIRCRAFT SKIN BONDED REPAIRS ASSUMING THE MATERIAL PROPERTIES DEGRADATION
АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛЕЕВОГО РЕМОНТА ПОВРЕЖДЕНИЙ ОБШИВКИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С УЧЕТОМ ДЕГРАДАЦИИ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА
 
Creator Алексей Федотов Александрович; МАИ
Антон Ципенко Владимирович; МАИ
 
Subject клеевой ремонт; аналитическая модель; деградация свойств композитов
 
Description The search of optimal variants for composite repair patches allows to increase the service life of a damaged air- plane structure. To sensibly choose the way of repair, it is necessary to have a computational complex to predict the stress- strain condition of "structure-adhesive-patch" system and to take into account the damage growth considering the material properties change. The variant of the computational complex based on inclusion method is proposed.For calculation purposes the repair bonded joint is divided into two areas: a metal plate with patch-shaped hole and a "patch-adhesive layer-skin" composite plate (inclusion).Calculation stages:Evaluation of the patch influence to the skin stress-strain condition, stress distribution between skin and patch in the case of no damage. Calculation of the stress-strain condition is performed separately for the skin with hole and for the inclusion; solutions are coupled based on strain compatibility.Definition of the damage growth parameters at new stress-strain condition due to bonded patch existence. Skincrack stress intensity factors are found to identify the crack growth velocity. Patch is modelled as a set of "springs" bridging the crack.Degradation analysis of elasticity properties for the patch material.Repair effectiveness is evaluated with respect to crack growth velocity reduction in the initial material in compari- son with the case of the patch absence.Calculation example for the crack repair effectiveness depending on number of loading cycles for the 7075-T6 aluminum skin is given. Repair patches are carbon-epoxy, glass-epoxy and boron-epoxy material systems with quasi- isotropic layup and GLARE hybrid metal-polymeric material.The analysis shows the high effectiveness of the carbon-epoxy patch. Due to low stiffness, the glass-epoxy patchdemonstrates the least effectiveness. GLARE patch containing the fiberglass plies oriented across the crack has the same effectiveness as the carbon and boron patches.Proposed bonded repair calculation method and corresponding computational model allow to analyze effectively the possible structural damage cases and to select optimal variant of patch installation subject to material durability undercyclic loads. Lack of this information may lead to establishing the inadequate inspection intervals of the damage locationand may reflect on economic factors of the airplane maintenance and flight safety.
Поиск оптимальных вариантов композитных ремонтных заплат позволяет увеличить время эксплуатации поврежденной конструкции летательного аппарата. Для грамотного выбора варианта ремонта необходимо иметь расчетный комплекс, который прогнозирует напряженно-деформированное состояние системы «конструкция - клей - заплата» и учитывает скорость роста повреждения при изменении свойств материалов. Предлагается вари- ант построения такого комплекса, основанного на методе инклюзии.Для расчета клеевого ремонта схема соединения разбивается на две области - металлическая пластина с отверстием по форме заплаты и составная пластина (инклюзия) «заплата - клеевой слой - обшивка». Расчет прово- дится в следующие три этапа.Оценка влияния заплаты на напряженно-деформированное состояние обшивки и распределение внут- ренних усилий между обшивкой и заплатой при отсутствии повреждений. Расчет напряженно-деформированного состояния проводится отдельно для пластины с отверстием и для инклюзии с последующей стыковкой решений по условиям совместности деформаций.Определяется характер развития повреждения при новом напряженно-деформированном состоянии об- шивки из-за присутствия приклеенной заплаты - проводится расчет коэффициентов интенсивности напряжений в трещине обшивки для определения параметров роста этой трещины. Заплата моделируется набором «пружин», перекрывающих трещину и соединяющих ее берега.Анализ деградации упругих свойств материала заплаты. Эффективность ремонта оценивается по степе- ни замедления роста трещины в исходном материале по сравнению со случаем отсутствия заплаты.Приведен пример расчета эффективности ремонта трещины от числа циклов нагрузки для обшивки из алюминиевого сплава 7075-Т6, и композитных заплат с квазиизотропной укладкой из угле-, стекло- и боропласти-ка с эпоксидным связующим, и из гибридного металл-полимерного материала GLARE.Из анализа результатов видно, что наиболее эффективна углепластиковая пластина. Наименьшая эффективность у стеклопластиковой заплаты из-за ее низкой жесткости. Заплата из GLARE, состоящая из стекло- пластиковых слоев, но сориентированных поперек повреждения, эффективна на уровне угле- и боропластико-вых заплат.Предложенная методика расчета клеевых ремонтов и соответствующая расчетная модель позволяют оперативно производить анализ возможных случаев повреждения конструкции и подбирать оптимальный вариант установки заплаты с учетом фактора долговечности материала под действием циклических нагрузок (пренебрежение этой информацией может привести к установлению неадекватных интервалов осмотра места повреждения и повлиять на экономические показатели эксплуатации летательного аппарата и безопасность полетов).
 
Publisher Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)
 
Date 2017-01-13
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://avia.mstuca.ru/jour/article/view/993
 
Source Civil Aviation High TECHNOLOGIES; Том 19, № 6 (2016); 118-126
Научный вестник МГТУ ГА; Том 19, № 6 (2016); 118-126
2079-0619
 
Language rus
 
Relation http://avia.mstuca.ru/jour/article/view/993/872
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).