RU2718645C1 - Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells - Google Patents
Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2718645C1 RU2718645C1 RU2019128367A RU2019128367A RU2718645C1 RU 2718645 C1 RU2718645 C1 RU 2718645C1 RU 2019128367 A RU2019128367 A RU 2019128367A RU 2019128367 A RU2019128367 A RU 2019128367A RU 2718645 C1 RU2718645 C1 RU 2718645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- pressure drop
- shells
- wall
- thin
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
Abstract
Description
Изобретение относится к методам определения механических характеристик оболочек вращения и может быть использовано для оценки их устойчивости, например, при производстве тонкостенных стеклопластиковых оболочек обтекателей летательных аппаратов.The invention relates to methods for determining the mechanical characteristics of shells of revolution and can be used to assess their stability, for example, in the production of thin-walled fiberglass shells of fairings of aircraft.
Известен способ определения устойчивости конических оболочек под действием внешнего давления (Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1993. - 640 е.: ил. С. 472). Сущность способа заключается в определении критического внешнего давления конической оболочки по формуле, учитывающей величину модуля упругости материала оболочки и ее геометрические параметры. Недостатком данного способа является то, что используемая для определения критического внешнего давления формула применима к оболочкам из изотропных материалов, в то время как стеклопластик в рассматриваемых нами оболочках материал ортотропный.A known method for determining the stability of conical shells under the influence of external pressure (Calculation of the strength of machine parts: Handbook / I. A. Birger, B. F. Shorr, G. B. Iosilevich. - M.: Mechanical Engineering, 1993. - 640 е .: ill. S. 472). The essence of the method is to determine the critical external pressure of the conical shell according to a formula that takes into account the magnitude of the elastic modulus of the shell material and its geometric parameters. The disadvantage of this method is that the formula used to determine the critical external pressure is applicable to shells of isotropic materials, while fiberglass in the shells we are considering is orthotropic.
Известен способ определения устойчивости цилиндрических оболочек под действием внешнего давления, в котором величину критического внешнего давления определяют расчетным путем с учетом параметров упругости ортотропного материала оболочки, в том числе модулей упругости в окружном и продольных направлениях и ее геометрических параметров (Расчет на прочность деталей машин: Справочник/ И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1993. - 640 е.: ил. С. 475). Недостатком данного способа является то, что используемая для определения критического внешнего давления формула применима к цилиндрическим оболочкам, а в заявляемом способе рассматриваются оболочки вращения произвольной формы.A known method for determining the stability of cylindrical shells under the influence of external pressure, in which the critical external pressure is determined by calculation taking into account the elastic parameters of the orthotropic material of the shell, including the elastic moduli in the circumferential and longitudinal directions and its geometric parameters (Calculation of the strength of machine parts: Reference / I.A. Birger, B.F. Shorr, G. B. Iosilevich. - M.: Mechanical Engineering, 1993. - 640 е .: ill. S. 475). The disadvantage of this method is that the formula used to determine the critical external pressure is applicable to cylindrical shells, and in the inventive method, shells of revolution of arbitrary shape are considered.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является способ, включающий создание перепада давления по стенке оболочки и измерение перемещений поверхности оболочки, который применим для контроля оболочек вращения произвольной формы (Патент на изобретение RU № 2623662, 28.06.2017. Бюл. № 19. Способ контроля тонкостенных стеклопластиковых оболочек).The closest in technical essence to the claimed solution is a method that includes creating a differential pressure across the wall of the shell and measuring the displacements of the surface of the shell, which is applicable to control shells of revolution of arbitrary shape (Patent for invention RU No. 2623662, 06/28/2017. Bull. No. 19. Method control of thin-walled fiberglass shells).
Регистрируемое поле перемещений является характеристикой жесткости (упругих свойств) оболочки, которая в свою очередь является важнейшим параметром для изделий, работающих при внешнем давлении, так как основную форму отказа при данных условиях эксплуатации составляет потеря устойчивости и оценку годности тонкостенной оболочки осуществляют по результатам сравнения значений максимальных перемещений поверхности оболочки с их базовыми значениями.The recorded displacement field is a characteristic of the shell stiffness (elastic properties), which in turn is the most important parameter for products operating under external pressure, since the main failure mode under these operating conditions is the loss of stability and the shelf life of a thin-walled shell is evaluated by comparing the maximum values displacements of the shell surface with their base values.
При этом «значение давления для нагружения оболочки выбирается настолько малым, чтобы гарантировано не внести необратимых изменений в оболочке», базовые значения перемещений определяют расчетно, либо на эталонном образце оболочки.In this case, “the pressure value for loading the shell is selected so small that it is guaranteed not to make irreversible changes in the shell”, the basic values of the displacements are calculated either on the reference sample of the shell.
К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие определенности в выборе величины давления для нагружения оболочки при проведении контроля («чтобы гарантировано не внести необратимых изменений в оболочке»), а также отсутствие определенности в соотношении этого давления с величиной критического давления для конкретной оболочки.The disadvantages of the prototype include the lack of certainty in the choice of pressure for loading the shell during testing ("so as not to make irreversible changes in the shell", as well as the lack of certainty in the ratio of this pressure to the critical pressure for a particular shell.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек в процессе производства изделий и повышение эффективности этой оценки.The objective of the invention is the ability to assess the stability of thin-walled fiberglass shells in the manufacturing process of products and increase the effectiveness of this assessment.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается способ оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек, включающий создание перепада давления по стенке оболочки, отличающийся тем, что измеряют значения скоростей ультразвука в окружном и меридиональном направлениях контролируемой оболочки, определяют модули упругости материала контролируемой оболочки в окружном и меридиональном направлениях по предварительно построенным регрессионным зависимостям «модуль упругости-скорость ультразвука», рассчитывают величину критического перепада давления для контролируемой оболочки из построенной конечно-элементной модели оболочки с использованием модулей упругости материала данной оболочки в окружном и меридиональном направлениях и создают перепад давления по стенке оболочки, значение перепада давления для которой соответствует контрольному значению перепада давления, при этом величину перепада давления по стенке оболочки при ее испытании устанавливают 0,4÷0.6 от критического перепада давления, а прошедшие испытания оболочки, оценивают как годные.The problem is achieved by the fact that a method for assessing the stability of thin-walled fiberglass shells is proposed, which includes creating a pressure differential across the shell wall, characterized in that the ultrasound velocities are measured in the circumferential and meridional directions of the controlled shell, the elastic moduli of the material of the controlled shell in the circumferential and meridional directions are determined pre-built regression dependencies "elastic modulus-velocity of ultrasound", calculated led the cause of the critical pressure drop for the controlled shell from the constructed finite element model of the shell using the elastic moduli of the material of the shell in the circumferential and meridional directions and create a pressure drop along the wall of the shell, the pressure drop for which corresponds to the control value of the pressure drop, while the pressure drop 0.4 ÷ 0.6 of the critical pressure drop is established along the wall of the shell during its testing, and the past shell tests are evaluated as good Wow.
Предлагаемый способ оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек реализуется следующим образом. The proposed method for assessing the stability of thin-walled fiberglass shells is implemented as follows.
Для обеспечения выполнения поставленной в заявляемом способе задачи оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек создается расчетная модель напряженного состояния оболочки (в подавляющем большинстве случаев основанная на приближенных численным методах - конечно-элементном подходе), по которой определяют критические значения перепада давления (критическое давление), с учетом параметров упругости материала оболочки, в том числе модулей упругости оболочки в окружном и меридиональном направлениях.To ensure the fulfillment of the task of assessing the stability of thin-walled fiberglass shells posed in the claimed method, a calculation model of the stress state of the shell (in the vast majority of cases based on approximate numerical methods — the finite element approach) is created, which determines the critical values of the pressure drop (critical pressure), taking into account elasticity parameters of the shell material, including the elastic moduli of the shell in the circumferential and meridional directions.
Измеряют скорость ультразвука в контролируемой оболочке в окружном и меридиональном направлениях и по полученным результатам из предварительно построенных регрессионных зависимостей «модуль упругости - скорость ультразвука» определяют модули упругости материала данной оболочки в этих направлениях.The ultrasound velocity in the controlled shell is measured in the circumferential and meridional directions, and the elastic moduli of the material of this shell in these directions are determined from the previously constructed regression dependences "elastic modulus - ultrasound velocity".
Регрессионные зависимости «модуль упругости - скорость ультразвука» строятся для каждого типа оболочек индивидуально в процессе экспериментальных исследований по результатам измерения скорости ультразвука в оболочках, моделирующих их структуру образцах и результатам прямого определения модуля упругости образцов.The regression dependences “elastic modulus - ultrasound velocity” are built for each type of shell individually in the course of experimental studies based on the results of measuring the ultrasound velocity in the shells, simulating their structure and the results of direct determination of the elastic modulus of the samples.
По созданной модели, с использованием результатов определения модулей упругости материала, рассчитывают величину критического давления для контролируемой оболочки, сравнивают ее с контрольными значениями критического давления, установленными технологическим процессом (ТП) изготовления для данного типа оболочек и оценивают соответствие значения критического давления оболочки контрольными значениями.According to the created model, using the results of determining the elastic moduli of the material, the critical pressure value for the controlled shell is calculated, it is compared with the critical pressure values established by the manufacturing process (TP) for this type of shells, and the correspondence of the critical shell pressure value to the control values is evaluated.
Оболочки, соответствующие контрольными значениями критического давления, устанавливают в испытательном устройстве, в котором создают перепад давления по стенке оболочки с отношением 0,4÷0,6 к критическому давлению для данной оболочки с целью отбраковки оболочек, могущих потерять устойчивость из-за скрытых дефектов, не выявленных при дефектоскопии.The shells corresponding to the critical pressure reference values are installed in a test device in which a differential pressure is created along the shell wall with a ratio of 0.4 ÷ 0.6 to the critical pressure for this shell in order to reject shells that may lose stability due to latent defects, not detected by defectoscopy.
Прошедшие испытания оболочки оценивают как годные для дальнейшей их сборки в составе обтекателя.The past tests of the shell are evaluated as suitable for further assembly as part of the fairing.
Экспериментально установлено, что для рассматриваемых нами тонкостенных стеклопластиковых оболочек перепад давления по стенке оболочки с отношением 0,4÷0,6 к критическому давлению не приводит к необратимым изменениям в материале оболочки, что подтверждается расчетом.It was experimentally established that for the thin-walled fiberglass shells we are considering, the pressure drop across the shell wall with a ratio of 0.4 ÷ 0.6 to the critical pressure does not lead to irreversible changes in the shell material, which is confirmed by the calculation.
Так, при среднем значении критического давления для рассматриваемых нами оболочек составляющем около 3,8ат, средние значения растягивающих напряжений в оболочках составляют 23,0МПа, а при давлении в 1,5÷2,3 ат - 9,0÷14,0 МПа, что во много раз меньше предела прочности при растяжении материала данного типа оболочек, практически на порядок.So, with an average value of critical pressure for the shells under consideration of about 3.8 atm, the average values of tensile stresses in the shells are 23.0 MPa, and at a pressure of 1.5 ÷ 2.3 atm - 9.0 ÷ 14.0 MPa, which is many times less than the tensile strength of the material of this type of shells, almost an order of magnitude.
При реализации заявляемого изобретения могут быть использованы для создания расчетной модели напряженного состояния оболочки - программный модуль, например, Ansys Composite Prep Post, а для измерения скорости ультразвука в контролируемой оболочке - ультразвуковые приборы типа «Пульсар 1.2».When implementing the claimed invention can be used to create a calculation model of the stress state of the shell - a software module, for example, Ansys Composite Prep Post, and to measure the speed of ultrasound in a controlled shell - ultrasonic devices of the type "Pulsar 1.2".
Заявляемое изобретение позволяет обеспечить возможность оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек в процессе производства изделий и повысить эффективности этой оценки за счет того, что при расчете величины критического давления для контролируемых оболочек используют дополнение к паспортным данным на материал, а значения модулей упругости, определенных экспериментально для каждой из этих оболочек, свойства материала которых формируются непосредственно при их изготовлении и, следовательно, могут значительно разнится между собой при каких-либо случайных отклонениях в процессе изготовления оболочек.The claimed invention makes it possible to assess the stability of thin-walled fiberglass shells in the manufacturing process of products and increase the effectiveness of this assessment due to the fact that when calculating the critical pressure for controlled shells, an addition to the passport data on the material is used, and the values of the elastic moduli determined experimentally for each of these shells, the material properties of which are formed directly during their manufacture and, therefore, can significantly differ tsya together by any random deviations during the manufacture of shells.
Сравнение заявляемого способа с прототипом показывает, что способ отличается от известного тем, что оценка устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек проводится по критическим значениям перепада давления расчетно-экспериментальным методом индивидуально для каждой контролируемой оболочки, с учетом их модулей упругости, при этом величина отношения перепада давления, создаваемого при испытании оболочки к критическому давлению, составляет 0,4÷0,6.Comparison of the proposed method with the prototype shows that the method differs from the known one in that the stability of thin-walled fiberglass shells is assessed according to the critical values of the pressure drop by the calculation-experimental method individually for each controlled shell, taking into account their elastic moduli, while the pressure drop ratio created when testing the shell for critical pressure, is 0.4 ÷ 0.6.
При изучении других технических решений в данной области техники установлено, что рассмотренные в способе отличительные признаки ранее не встречались, способ соответствует критерию изобретения «новизна» и обеспечивает достижение заданного технического результата изобретения - обеспечение возможности оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек в процессе производства изделий и повышение эффективности этой оценки.When studying other technical solutions in the technical field, it was found that the distinguishing features discussed in the method have not been met before, the method meets the criteria of the invention of "novelty" and ensures the achievement of the desired technical result of the invention - providing the ability to assess the stability of thin-walled fiberglass shells in the manufacturing process of products and increasing efficiency of this assessment.
Таким образом, заявляемое техническое решение - способ оценки устойчивости тонкостенных стеклопластиковых оболочек соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».Thus, the claimed technical solution is a method for assessing the stability of thin-walled fiberglass shells meets the criteria of the invention "inventive step".
Предлагаемый способ может найти применение в процессе производства различных изделий (деталей изделий) из полимерных композиционных материалов типа оболочек вращения, требующих индивидуального контроля, а также при проведении опытно- конструкторских работ по созданию подобных изделий в различных областях машиностроения.The proposed method can find application in the manufacturing process of various products (parts of products) from polymer composite materials such as shells of revolution, requiring individual control, as well as during development work on the creation of such products in various fields of engineering.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019128367A RU2718645C1 (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019128367A RU2718645C1 (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2718645C1 true RU2718645C1 (en) | 2020-04-10 |
Family
ID=70156614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019128367A RU2718645C1 (en) | 2019-09-10 | 2019-09-10 | Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2718645C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760512C1 (en) * | 2021-05-11 | 2021-11-25 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products |
| RU2787562C1 (en) * | 2022-04-04 | 2023-01-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for ultrasonic non-destructive quality control of glass-reinforced plastics after impregnation with organosilicon resins |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1244531A1 (en) * | 1985-01-07 | 1986-07-15 | Bagdasaryan Aleksandr A | Method of testing shell structures by dynamic pressure |
| SU1670493A1 (en) * | 1989-06-26 | 1991-08-15 | Институт Механики Ан Усср | Method of testing thin-wall structure members for stability |
| RU2623662C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of thinwalled fiberglass covers control |
-
2019
- 2019-09-10 RU RU2019128367A patent/RU2718645C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1244531A1 (en) * | 1985-01-07 | 1986-07-15 | Bagdasaryan Aleksandr A | Method of testing shell structures by dynamic pressure |
| SU1670493A1 (en) * | 1989-06-26 | 1991-08-15 | Институт Механики Ан Усср | Method of testing thin-wall structure members for stability |
| RU2623662C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method of thinwalled fiberglass covers control |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Фокин В.И. "Совершенствование методов и средств наземных статических испытаний конструкций головных обтекателей летательных аппаратов". Авто диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Самара - 2009, стр. 12-13. * |
| Фокин В.И. "Совершенствование методов и средств наземных статических испытаний конструкций головных обтекателей летательных аппаратов". Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Самара - 2009, стр. 12-13. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760512C1 (en) * | 2021-05-11 | 2021-11-25 | Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» | Method for ultrasonic non-destructive quality control of fiberglass products |
| RU2787562C1 (en) * | 2022-04-04 | 2023-01-10 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Method for ultrasonic non-destructive quality control of glass-reinforced plastics after impregnation with organosilicon resins |
| RU2788337C1 (en) * | 2022-06-17 | 2023-01-17 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Method for controlling the depth of defects of the “fold” type in products made of fiberglass materials by ultrasonic method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baurova et al. | Technological heredity and identification of technological processes | |
| Nairn | Matrix microcracking in composites | |
| JP4784774B2 (en) | Fracture toughness measurement method using continuous press-fitting method | |
| CN109790757B (en) | Method and system for measuring rotor blade tip deflection using Blade Tip Timing (BTT) | |
| US20170337306A1 (en) | Method for determining vibratory contact stress at a blade attachment | |
| RU2718645C1 (en) | Method of assessing stability of thin-wall fiberglass shells | |
| Khan et al. | Fault detection of composite beam by using the modal parameters and RBFNN technique | |
| Perera et al. | A multi-objective electromechanical impedance technique to identify debonding in RC beams flexural strengthened with FRP | |
| CN108152375A (en) | T-shaped stringer defect positioning method based on supersonic guide-wave | |
| Burkov et al. | Applying an Ultrasonic Lamb Wave Based Rechnique to Testing the Condition of V96ts3T12 Aluminum Alloy | |
| Gillich et al. | A new modal-based damage location indicator | |
| JP5742432B2 (en) | Method for predicting deterioration of molded product, method for producing molded product based on design obtained thereby, and molded product | |
| CN111707348B (en) | Method for evaluating service life of optical fiber hydrophone | |
| Ameyaw et al. | Fault diagnosis using Probability of Detection (POD)‐based sensor/information fusion for vibration‐based analysis of elastic structures | |
| RU2561783C1 (en) | Method of determining attack angle of flow-separation from smooth surfaces of models | |
| Tenreiro et al. | Structural monitoring of adhesive joints using machine learning | |
| RU2710519C1 (en) | Control method of thin-wall fiberglass shells | |
| Zaharia et al. | Comparative study concerning the methods of calculation of the critical axial buckling load for stiffened cylindrical shells | |
| Northington et al. | F-16 wing structural deflection testing-phase I | |
| RU2697858C1 (en) | Quality control method of ceramic fairing connection unit | |
| Haridas et al. | Experimental analysis of thin walled composite rotor blade model from structural health monitoring aspect | |
| RU2690200C1 (en) | Method of acoustic-emission monitoring of degradation of material structure and predicting residual product strength | |
| Patel et al. | Design and analysis of diversified micro-cantilever structure for sensor applications | |
| RU2668644C1 (en) | Method of determining fatigue failure of structural elements made of polymer composite material | |
| Erdem et al. | Liquid level sensor in automotive design |