Российские ученые создали ускоренный метод оценки деградации материала для авиации

Актуальность проекта обусловлена необходимостью оценки материалов, применяемых в авиации, поскольку анализ всех видов разрушений показывает, что 80—90% преждевременных разрушений связаны с процессами усталости.

Усталость — процесс накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к деградации свойств, образованию и развитию трещин и разрушению. Из-за усталостного напряжения произошла катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС летом 2009 года — в результате разрушения от усталости шпилек крепления крышки турбины гидроагрегата. Еще одна крупная катастрофа произошла в июне 1998 года на железной дороге: поезд с 287 пассажирами, следовавший из Мюнхена в Гамбург со скоростью 200 км/ч, превратился в груду металла в результате усталостного разрушения бандажа колеса.

В авиационной отрасли проблема стоит еще острее, поскольку при разрушении части самолета в воздухе у пассажиров и экипажа практически нет шансов выжить. Из-за отсутствия сегодня методик оценки деградации материала авиаконструкторы вынуждены проводить долгие разрушающие испытания. В России для авиации и космонавтики классические испытания на усталость ведут институты ЦАГИ и СибНИА. Основной недостаток таких испытаний — высокая трудоемкость (разрушение значительного числа образцов), большая продолжительность (годы испытаний) и высокие финансовые затраты.

Другая важная проблема, которую помогает решить метод, — фундаментальная. Именно таким образом можно добиться понимания самой природы усталостного разрушения.

Многолетнее исследование, поддержанное грантом РФФИ, помогло разработать метод, который может стать альтернативой классическим испытаниям. «Обеспечена повторяемость и воспроизводимость результатов в исследовании. То есть результаты нашего метода можно получать на аналогичных машинах в любой стране мира! Благодаря разработанному методу нам удалось внести значительный вклад в прикладную науку. Основы ускоренного метода исследования деградации материала позволяют, не разрушая материал, охарактеризовать его сопротивление усталости. Причем мы не просто развили основы этого метода с позиций механики сплошной среды, но и заглянули в структуру материала», — рассказал доцент кафедры проектирования технологических машин, канд. техн. наук Кирилл Захарченко.

Эффективность метода подтверждена на установке Instron. За годы работы учеными было испытано множество разных марок алюминиевых и титановых сплавов, а также стали. В параметрах испытаний учитывается влияние эксплуатационно-технологических факторов, а также тот факт, что в последние годы увеличилось количество марок материалов, применяемых в авиации. За время работы методы исследования стали глубже — добавились применение рентгеноструктурного анализа и анализ микроструктуры поверхности. Все это позволило поставить временную точку и собрать результаты воедино в виде законченной работы.

«Мы начали процесс внедрения нашей методики в авиапромышленность. Так, под моим личным руководством выполнен проект совместно с ПАО "Компания "Сухой" "ОКБ Сухого" — "Отработка режимов технологического процесса изготовления панелей (формообразованием заготовки) изделия Т-50 из сплавов В95очТ2 и В-1461Т1" в 2017 году. В этом проекте успешно применен наш метод ускоренной оценки влияния эксплуатационно-технологических факторов на сопротивление металлов усталостному разрушению. В процессе развития данного метода был получен неожиданный интересный результат о влиянии циклической составляющей на формообразование плит в режиме ползучести. В этом году получен патент на изобретение", — пояснил Захарченко.