Оценка несущей способности панели грузолюка самолета АН-124 после ремонта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПАНЕЛИ ГРУЗОЛЮКА САМОЛЕТА АН-124 ПОСЛЕ РЕМОНТА

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Исследовательская часть

.1 Общие сведения о самолете АН-124 “Руслан”

.1.1 Назначение и эксплуатационные особенности самолета

.1.2 Тактико-технические характеристики самолета АН-124

.2 Краткое описание силовой схемы конструкции фюзеляжа самолета АН-124

.3 Применение углепластиков в конструкции самолета. Обоснование выбора материала

.3.1 Весовая эффективность применения углепластиков

.4 Проблемы, возникающие при эксплуатации конструкций из КМ. Цели и задачи проекта

.5 Задний грузовой люк. Описание и работа

.5.1 Конструкция боковой створки грузового люка

.5.2 Особенности технологии изготовления

.5.3Установка боковых створок

.6 Обоснование выбора метода решения поставленных задач. Основные идеи метода конечных элементов

.6.1 Комплекс программ MSC.vN4W

.7 Подготовка расчетной конечно-элементной модели

.7.1 Разработка геометрической модели

.7.2 Задание характеристик материала

.7.3 Задание типов конечных элементов и их свойств

.7.4 Создание сетки конечных элементов

.7.5 Аэродинамические нагрузки на створки грузолюка самолета АН-124

.7.6 Задание нагрузок и граничных условий конечно-элементной модели

.7.7 Конечно-элементный анализ конструкции

.8 Анализ полученных результатов, оценка запасов прочности

.9 Выбор расчетного случая нагружения для определения допустимой площади повреждения сотового заполнителя

.9.1 Расчетный случай при максимальных напряжениях в створке

.9.2 Расчетный случай при максимальных деформациях створки

.9.3 Расчетный случай при максимальной действующей нагрузке на поверхность створки

.10 Определение допустимой площади повреждения сотового заполнителя. Выводы

2. Экономическая часть

.1 Экономическая эффективность применения углепластиков

.2 Расчет плановой себестоимости изделия

3. Безопасность жизнедеятельности

.1 Выявление опасных и вредных факторов в цехе КМ

.2 Освещение помещений

.3 Пожарная безопасность

.4 Защита от статического электричества

.5. Техника безопасности и охрана труда

.6. Охрана окружающей среды

Список литературы

Введение

В течение многих веков в технике основным материалом был и пока еще остается металл, обладающий высокой прочностью, жесткостью, твердостью, пластичностью и рядом других ценных свойств. Однако интенсивное развитие всех отраслей техники, создание принципиально новых инженерных конструкций, способных работать в сложных режимах эксплуатации, потребовали разработки новых материалов, обладающих существенно лучшими свойствами, чем известные, традиционно используемые. Поэтому в последние 40 лет стали интенсивно разрабатываться новые специальные композиционные материалы, представляющие собой сочетание двух или более материалов, соединенных в единое целое, в новый материал, механические или иные свойства которого значительно превосходят свойства компонентов.

Идея создания композиционных материалов (КМ) для получения из них конструкционных элементов с заданными свойствами не нова. Так, например, издавна в качестве строительного материала использовался саман, в котором матрицей служит глина, а арматурой - солома. В строительной технике еще совсем недавно широко применяли детали и элементы конструкций из композиции цемента с асбестовым волокном (асбестоцемент). Композиционные материалы широко применяются в различных отраслях промышленности. Применение КМ в народном хозяйстве все чаще оказывается предпочтительнее по сравнению с металлами. Авиационная и космическая техника давно уже широко применяет КМ из-за их высокой удельной прочности (отношение предела прочности s к плотности g) и удельной жесткости (отношение модуля Юнга Е к плотности).

Современные КМ отличаются тем, что позволяют получать свойства, намного превосходящие свойства традиционных материалов. Это относится не только к прочности и жесткости, но и к другим важным свойствам. Так, многие КМ имеют малую плотность, высокую коррозионную стойкость, антифрикционность, особые магнитные или диэлектрические свойства, низкую стоимость и т. д. Прочность является одним из наиболее важных свойств КМ. Создание КМ с высокой удельной прочностью, способных работать длительное время в условиях не только нормальных, но и повышенных или пониженных температур, становится одним из главных направлений современного материаловедения.

В учебниках по сопротивлению материалов, теории упругости и пластичности вопросы расчета прочности элементов и конструкций из КМ практически отсутствуют. Следует отметить также, что в настоящее время на АНТК им. О.К. Антонова существует очень мало методик и нормативов проектирования, что затрудняет их применение в конструкции.

Большой проблемой для конструкций из КМ является отслоение обшивок от заполнителя вследствие коррозионного поражения сотового заполнителя, так как в процессе эксплуатации за счет перепадов давления и температур влага вместе с воздухом проникает внутрь створки. Наиболее проблемными в этом плане створки заднего грузолюка. К ним можно добавить нижние панели обтекателя шасси, люк ФН-1, по которым имелись пока единичные случаи разрушения обшивок в полете.

Настоящая работа посвящена определению напряженно-деформированного состояния боковой створки заднего грузолюка самолета АН-124 “Руслан”, а также определению допустимой площади повреждения сотового заполнителя вследствие поражения коррозией при существующих ремонтах створки.

Более ранние расчеты створки проводились очень укрупненно и грубо из-за недостаточного программного обеспечения. Применение современных компьютерных информационных технологий позволило создать более точную геометрическую модель створки, а следовательно, и более точную конечно-элементную модель. Ранее створка была рассчитана как для изотропного материала, эквивалентного композиционному. Настоящие технологии позволяют проводить прочностные анализы для слоистых материалов с учетом анизотропии свойств и различной укладки слоев. В данной работе для боковой створки заднего грузолюка получены послойные напряжения и деформации.

1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

 

.1 Общие сведения о самолете АН-124 “Руслан”

 

.1.1 Назначение и эксплуатационные особенности самолета

Самолет предназначен для перевозки штатной боевой и обеспечивающей техники мотострелковой и воздушно-десантной дивизии, перевозки крупногабаритных и тяжелых народно-хозяйственных грузов. Свой первый полет опытный образец самолета совершил 24 декабря 1982 года. Самолет производился серийно в Российской Федерации Ульяновским авиационным промышленным комплексом АО “Авиастар”.

Самолет АН-124 выполнен по обычной для тяжелых военно-транспортных самолетов схеме высокоплана со стреловидным крылом сравнительно большого удлинения, однокилевым хвостовым оперением и многоколесным убирающимся в полете шасси. В конструкции планера самолета широко используются композиционные материалы. Фюзеляж самолета разделен на две палубы и в интересах удобства обслуживания, ремонта и увеличения ресурса разбит на ряд герметичных отсеков специализированного назначения: грузовая кабина для размещения перевозимой техники и грузов; верхняя передняя палуба для размещения основного, сменного экипажей и оборудования; верхняя задняя палуба для размещения людей, сопровождающих технику и грузы.

Благодаря наличию переднего (откидывающаяся носовая часть) и заднего грузовых люков обеспечивается возможность оперативно осуществлять погрузку и выгрузку нестандартных грузов с обоих направлений. Герметичная грузовая кабина (длина 36,5 м, ширина 6,4 м, высота 4,4 м) обеспечивает перевозку грузов общей массой до 120 т. Объем грузовой кабины превышает 1000 м3, что равнозначно десяти крытым железнодорожным вагонам. Выполненный из титанового сплава пол грузовой кабины допускает погрузку всех видов самоходной и несамоходной колесной и гусеничной техники с нагрузкой на ось до 12 т при размещении в один ряд и до 10 т при размещении в два ряда. Кабина оборудована бортовыми погрузочными кранами общей грузоподъемностью 20 т и двумя передвижными напольными электрическими лебедками с тяговым усилием до 4,5 т каждая. Имеющееся на самолете роликовое оборудование позволяет загружать и выгружать моногрузы массой до 50 т. Многоколесное шасси оснащено системой приседания, благодаря которой значительно уменьшается наклон рамп и облегчается процесс погрузки и выгрузки техники и грузов. Каждая основная опора шасси состоит из пяти независимых двухколесных стоек, передняя опора - из двух стоек, каждая из которых имеет два колеса. Система управления поворотом передних стоек способствует развороту самолета на взлетно-посадочной полосе шириной до 50 метров с использованием асимметрии тяги двигателей.

Силовая установка состоит из четырех турбовентиляторных двигателей Д-18Т. Кроме огромной мощности (23400 кгс), эти двигатели отличаются малой массой, низким расходом топлива и невысоким уровнем шума. Максимальная масса топлива, ограниченная взлетной массой самолета, составляет 213740 кг.

Самолет оснащен системой автоматического электродистанционного управления, автоматизированной системой штурвального управления, четырехканальным гидравлическим комплексом, высоконадежными системами электроснабжения и жизнеобеспечения экипажа. Всего в системах управления самолетом задействовано 34 компьютера. Навигационное обеспечение осуществляется пилотажнонавигационным прицельным комплексом ПНПК-124, автоматизированным комплексом радиосвязи ТИП-15 и бортовой РЛС.

Самолет Ан-124 является базой для создания и сертифицирования тяжелого дальнемагистрального транспортного самолета Ан-124-100. Модификация самолета АН-124-100 в 1992 году получила сертификат летной годности.

1.1.2 Тактико-технические характеристики самолета АН-124

Основные характеристики рассматриваемого самолета Ан-124 представлены в табл. 1.1. На рис. 1.1 показан общий вид самолета с его габаритными размерами.

Таблица 1.1

Тактико-технические характеристики самолета

Размах крыла, м	73.3
Длина самолета, м	69.1
Высота самолета, м	20.78
Площадь крыла, м2	628.0
Масса, кг
- пустого самолета	173000
- нормальная взлетная	392000
- максимальная взлетная	405000
Внутреннее топливо, кг	213714
Тип двигателя	4 ТРДД Прогресс (В.А.Лотарев) Д-18Т
Тяга, кН	229.47
Крейсерская скорость, км/ч	865
Практическая дальность, км/ч	16500
Дальность действия, км	5600
Практический потолок, м	12000
Экипаж, чел	6-7
Полезная нагрузка	88 чел. или 120000-15000 кг груза

1.2 Краткое описание силовой схемы конструкции фюзеляжа самолета АН-124.

Фюзеляж самолета АН-124 представляет собой тонкостенную каркасированную цилиндрическую оболочку в средней части, коническую - в носовой и хвостовой частях.

Центральная часть постоянного сечения имеет вырезы под центроплан крыла и ниши шасси. Носовая часть фюзеляжа имеет вырез под передний грузолюк и является оболочкой с открытым контуром, в верхней части которой имеется замкнутый контур. Нижний край открытого контура усилен плоской балкой клепаной конструкции. Хвостовая часть фюзеляжа имеет вырез под задний грузолюк и является оболочкой с открытым контуром, в верхней части которого имеется замкнутый контур. Нижний край открытого контура усилен плоской, ломаной балкой клепанной конструкции.

На участке от шпангоута №10 по шпангоут №92 фюзеляж герметичен и имеет три раздельно герметизируемые кабины: кабину экипажа, кабину сопровождающих и грузовую кабину. На рисунке 1.2 приведены расположение гермокабин.

Рис. 1.2 - Расположение гермокабин в самолете АН-124.

Проем переднего грузолюка закрывается негерметичным носовым обтекателем, обеспечивающим аэродинамические формы фюзеляжа. Отклоняясь вверх, обтекатель освобождает люковой проем. Герметизация переднего люкового проема обеспечивается рампой, гермотрапом и средним трапом. В развернутом виде рампа-гермотрап и средний трап обеспечивают погрузку грузов.

Проем заднего грузолюка закрывается рампой и системой створок грузолюка: средней створкой, убирающейся вверх с откатом назад и двумя боковыми створками, открывающимися наружу.

Герметизация люкового проема обеспечивается рампой, навешенной 4-мя узлами на задний порог грузового пола и гермотрапом, навешенным на рампу 6-ю узлами. Рампа запирается 10-ю замками, а гермотрап имеет 4 упора в верхней части и по одному по бокам.

Гермокабины фюзеляжа имеют 19 вырезов под двери, люки. Из них 8 открываются наружу и в закрытом положении удерживаются замками. Остальные люки выполнены в виде заглушек. Вырезы имеются также и в негерметичной части фюзеляжа.

Оболочка фюзеляжа образована обшивкой из Д16 АТВ лист 1,0-2,5 мм. Стрингеры выполнены из прессованных профилей из 01420 и из Д16Т. Боковые панели на участке 42-74 шпангоута выполнены из катаных плит и имеют вафельную конструкцию. Нижние панели на участке между шпангоутами 52-67 выполнены из катаных плит из Д16чТ. Из прессованных панелей из Д16чТ изготовлены панели отсека оперения между шпангоутами 102-115. В конструкции силовых шпангоутов использованы материалы Д16чТ, В93пчТ3, профили и листы Д16Т и 01420.

Рампы переднего и заднего люкового проемов по конструкции аналогичны рампе самолета АН-22, АН-26 клепаной конструкции. Продольные балки воспринимают нагрузки от загрузки техники; нагрузки от избыточного давления воспринимаются перекрестной системой балок: продольными и поперечными и через них передается на узлы навески рампы и замки.

Гермотрапы и трапы также клепаной конструкции и их работа аналогична работе рамп. В конструкции рамп, гермотрапов, трапов использованы материалы Д16Т, 01420, В95Т, В93пчТ3, ВТ-6, Вт-22.

Средняя створка грузолюка клепаной конструкции имеет перекрестный набор продольных и поперечных балок. В закрытом положении аэродинамические нагрузки системой балок передаются на рампу, через боковые створки на каркас и непосредственно на каркас фюзеляжа, а также через систему управления створкой. В открытом положении значительному нагружению не подвергается. Боковые створки грузолюка из КМУ сотовой конструкции. По четырем узлам навески усилены поперечными балками из КМУ. В конструкции створок использованы материалы Д16Т, 01420, ВТ-20, Ак6Т1, ЛУ-П-0,1.

Гермопол кабины экипажа и кабины сопровождающих образованы настилом из листа  из Д16Т и поперечных балок по шпангоутам. Поперечные балки выполнены из композиционного материала Лу-П-0.1, приклеены клеем ВК-25 на подслое ВК-9. Усилие от избыточного давления поперечными балками передается на шпангоуты и уравновешивается на обшивке фюзеляжа.

В конструкции грузового пола использован материал 01420, Д16ТПП, В95, ЛУ-П-0,1, настил из титанового листа ВТ-6с.

Ряд агрегатов фюзеляжа выполнен из композиционных материалов. Это створки шасси, боковые створки грузолюка, крышки в негерметичной зоне фюзеляжа, панели зализов и обтекателей. Это трехслойные сотовые конструкции за исключением больших створок основных стоек шасси, которые имеют каркасную конструкцию.

1.3 Применение углепластиков в конструкции самолета. Обоснование выбора материала

Структурное конструирование является всегда итерационным процессом, начинающимся с создания конструкторских представлений о целесообразных путях использования новых материалов.

Существует целый ряд факторов, которые должны учитываться в процессе производства: масса материала; цена материала, включающая стоимость его разработки; легкость в переработке; надежность. Значимость того или иного фактора зависит от области применения материала.

Уменьшение массы особенно важно при создании материалов для авиакосмической техники. Снижение массы и уменьшение размеров деталей при конструировании новых авиационных систем приводит в конечном итоге к снижению стоимости изделия.

В настоящее время широкое применение в конструкциях летательных аппаратов находят композиционные материалы. ПКМ на основе углеродных, стеклянных, органических и гибридных армирующих наполнителей по комплексу свойств в 2-3 раза превосходят металлические материалы. Для оценки возможности использования в конструкции перспективных самолетов композиционных материалов на основе углеродных волокон с полимерными матрицами (т. е. углепластиков), которые по прочностным характеристикам значительно превышают традиционные металлические сплавы, были проведены исследования. Например, прочность однонаправленных углепластиков в продольном направлении больше в 2.5-4 раза, чем у обычных легких сплавов, что в сочетании с меньшей на 40% плотностью обеспечивает углепластикам большую в 4 и 6.5 раза удельную прочность соответственно при сжатии и растяжении.

Основные преимущества ПКМ:

исключительно высокие удельные прочностные и жесткостные характеристики;

управляемая в широких пределах анизотропия свойств, что позволяет ликвидировать неизбежную в тонкостенных металлических конструкциях избыточность конструктивной массы и создавать крупногабаритные изделия сложной формы с минимальным количеством деталей и крепежа;

высокая стойкость к виброаккустическим нагрузкам и атмосферным воздействиям;

возможность обеспечения повышенных требований к качеству и форме внешней поверхности.

Исходя из вышеперечисленного, для изготовления створки грузового люка был выбран ПКМ, а не металл.

ПКМ позволяют создавать конструкции с заранее заданными характеристиками, что обеспечивает снижение массы на 20 - 40%; повышение аэродинамического качества, коррозионной стойкости, живучести, ремонтопригодности; существенное уменьшение количества деталей и, соответственно, трудоемкости сборочных работ; увеличение полезной нагрузки (дальности полета) или экономию топлива.

1.3.1 Весовая эффективность применения углепластиков

Проведенные проектные и экспериментальные исследования по использованию углепластиков в конструкции самолета показывают на возможность снижения веса. При этом величина снижения зависит от сложности конструкции, геометрических размеров и уровня действующих нагрузок. Для слабонагруженных конструкций (передний отсек фюзеляжа), где толщина элементов определяется минимально допустимой толщиной материала, уменьшение массы может быть значительным, даже при непосредственном сравнении веса элементов из исходного материала и углепластика. В случае сильно нагруженных конструкций, требующих сложной схемы укладки слоев углепластика (корневая часть крыла с узлами стыковки к фюзеляжу), снижение веса может оказаться весьма небольшим. Типовое снижение веса конструкции для различных агрегатов самолета из условий прочности колеблется в пределах 20-30% (таблица 1.2). Если учесть требования по жесткости, предъявляемые к таким агрегатам, как крыло и оперение, то величина снижения веса увеличится.

Таблица 1.2

Снижение массы элементов конструкций из КМ по сравнению с металлическими

Элемент конструкции	Снижение массы, %	Доля КМ, %
Неподвижное крыло - обычное - треугольное	29 23.5	87 87
Поворотное крыло	20	65
Хвостовое оперение - пластина - ребро жесткости	23 30	79 79
Фюзеляж	20	72
Воздухозаборник - постоянного сечения - переменного сечения	22 20	80 80

1.4 Проблемы, возникающие при эксплуатации конструкций из КМ. Цели и задачи проекта

В процессе эксплуатации летательных аппаратов возможны повреждения отдельных участков планера. Замена поврежденного силового элемента требует конструктивного изменения ремонтируемого участка. При этом меняются прочность, жесткость и устойчивость силового элемента, увеличивается масса конструкции и возникает опасность нарушения внешних обводов несущих поверхностей. Основное требование, предъявляемое к ремонту любой конструкции, заключается в восстановлении необходимой прочности и жесткости.

Большой проблемой для конструкций из КМ является отслоение обшивок от заполнителя вследствие коррозионного поражения сотового заполнителя. Наличие отслоений в сотовых конструкциях связано, прежде всего, с попаданием влаги внутрь сотового агрегата. Попавшая внутрь сотовых агрегатов влага снижает прочность клеевых соединений, вызывает разрушение клеевого слоя и сотового заполнителя, приводит к увеличению массы и изменению центровки агрегатов, отслоению обшивок от сот, а при замерзании воды - к отрыву обшивки от сотового заполнителя, или разрушению агрегата в полете.

Физически процесс проникновения влаги в ПКМ заключается в следующем. Нити композиционных материалов состоят из пучков отдельных скрученных волокон ткани. Связующее, используемое при изготовлении материала, хорошо проникает в межниточное простанство сухой ткани, но почти не достигает отдельных волокон внутри нитей. Между тем, влага свободно проходит по волокнам внутри нитей и разрушает ПКМ изнутри. Происходит набухание волокон, нарушаются адгезионные связи между волокнами и нитями или отдельными слоями ПКМ, что приводит в конечном итоге к его разрушению.

Наиболее проблемными в этом плане являются створки заднего грузолюка. К ним можно добавить нижние панели обтекателя шасси, люк ФН-1, по которым имелись пока единичные случаи разрушения обшивок в полете.

Настоящая работа посвящена определению напряженно-деформированного состояния боковой створки заднего грузолюка самолета АН-124 “Руслан”, а также определению допустимой площади повреждения сотового заполнителя вследствие поражения коррозией при существующих ремонтах створки.

Отслоение и разрушение обшивок происходит не только в «клетках» между поперечными балками, но и на консольных частях створок, причем, на передней консольной части створки гораздо чаще, чем между балками. Причины отслоений обшивок от сот могут быть следующие:

1. Попадание воды во внутреннюю полость створки с последующим замерзанием и оттаиванием в процессе эксплуатации. Вода образуется в сотовых ячейках из-за конденсации росы на стенках сот.

2.       Механическое воздействие на створку, то есть удары, движение по ней людей и прочее.

.        Отслоения обшивок в местах некачественной приклейки к сотам, то есть при наличии скрытого производственного дефекта.

Рост пятен отслоений происходит под воздействием перепада давления между внутренней полостью створки и открытой атмосферой, возникающего при наборе высоты самолетом.

Более ранние расчеты створки проводились очень укрупненно и грубо из-за недостаточного программного обеспечения. Применение современных компьютерных информационных технологий позволило создать более точную геометрическую модель створки, а следовательно, и более точную конечно-элементную модель. Ранее створка была рассчитана как для изотропного материала, эквивалентного композиционному. Настоящие технологии позволяют проводить прочностные анализы для слоистых материалов с учетом анизотропии свойств и различной укладки слоев.

1.5 Задний грузовой люк. Описание и работа

Задний грузовой люк расположен в хвостовой части фюзеляжа между шпангоутами 90 и 121 и состоит из рампы, отклоняемых внутрь самолета двух боковых створок и средней створки (рисунок 1.3). Все створки выполнены металлической конструкцией (каркас, обшивка и кронштейны узлов навески) из алюминиевых сплавов.

Боковые створки расположены между шпангоутами № 92 и 119 и имеют по три шарнирных узла навески, а также замки закрепления на обоих торцах, расположенных на пороге по шпангоуту 90 и на задней створке. Открывается и закрывается каждая боковая створка посредством двух гидроцилиндров управления, установленных у шпангоутов 92 и 109. В открытом положении боковые створки фиксируются упорами (замками), расположенными на бортах фюзеляжа.

Задняя створка имеет два шарнирных узла навески по шпангоуту 121, два боковых замка по шпангоуту 114 и один центральный замок, срабатываемый совместно с боковыми створками. Управляется задняя створка одним гидроцилиндром, установленным по оси симметрии самолета у шпангоута 114. В открытом положении задняя створка упирается в две опоры и удерживается замком в гидроцилиндре.

Система управления задним грузовым люком - электрогидравлическая, состоящая из основной и дублирующей систем, исполнительными органами которых являются общие силовые гидроцилиндры и независимые золотники управления. Органы управления обеими системами расположены в кабине экипажа, от которых осуществляется открытие - закрытие грузолюка в полете. Для управления грузолюком на земле предусмотрены переключатели управления от основной системы, которые расположены на пульте в зоне порога грузовой кабины. Время открытия-закрытия грузолюка около 15 с. На самолете предусмотрено автоматическое срабатывание дублирующей системы в случае отказа основной системы. При этом невозможно закрытие грузолюка при стартовом положение РКН.

Для контроля состояния агрегатов заднего грузолюка предусмотрена система сигнализации их закрытого и открытого положений, а также сигнализация грузолюка в целом, световые табло которой расположены в кабине экипажа и на пульте в грузовой кабине.

Рампа расположена между шпангоутами № 84 и 92а, шарнирно навешена к заднему порогу грузового люка. Гермотрап шарнирно навешен к рампе, а концевые трапы - к гермотрапу. В закрытом положении рампа и створки закрывают грузовой люк, а внешние поверхности агрегатов образуют контур нижней хвостовой части фюзеляжа.

Гермостворка при закрытом грузовом люке может быть установлена в одном из двух положений в зависимости от назначения полета. При выполнении полета с избыточным давлением в грузовой кабине или при перевозке техники без создания избыточного давления гермотрап устанавливается в плоскость шпангоута № 92а, образуя задний герметичный шпангоут грузовой кабины. Концевые трапы при этом отклонены и прижаты к тыльной стороне гермотрапа. При контейнерных перевозках гермотрап укладывается и крепится к рампе, а концевые трапы демонтируются. Схема положений агрегатов грузового люка показана на рисунке 1.4. В закрытом положении грузового люка рампа удерживается замками 8 рампы, а гермотрап (когда он установлен в плоскость шпангоута № 92а) и средняя створка запираются замками 11 и 15 соответственно. При открытии грузового люка средняя створка поднимается, сдвигается и в открытом положении удерживается замком 13. Боковые створки отклоняются наружу в сторону, затем отклоняется вниз рампа и удерживается двумя штангами 4. Проем между порогом грузового люка и рампой перекрывается мостиком порога.

Для погрузки техники гермотрап и концевые трапы раскладываются, образуя наезд, поверхность которого наклонена к поверхности грунта примерно на 12 град. При опущенном заднем пороге грузового люка, гермотрап с концевыми трапами при этом опираются на опоры концевых трапов.

Рис. 1.3 - Задний грузовой люк.

1. Левая боковая створка

2.       Концевые трапы

.        Гермотрап

.        Штанга рампы

.        Рампа

.        Мостик порога

.        Щитки с органами управления грузового люка

.        Замки рампы

.        Гидроцилиндр управления рампой

10. Правая боковая створка

11.     Замки гермотрапа

.        Средняя створка

.        Замок открытого положения средней створки

.        Гидроцилиндр управления средней створкой

.        Левый замок закрытого положения средней створки

Рис. 1.4 - Схема расположения агрегатов грузового люка

I - Грузовой люк закрыт, гермотрап закрыт (в положении гермошпангоута);

II - Грузовой люк закрыт (гермотрап и концевые трапы на рампе);

III - Грузвой люк открыт (вариант для контейнерной погрузки).

1.5.1 Конструкция боковой створки грузового люка

Боковая створка грузолюка представляет собой трехслойную конструкцию, выполненную из композиционного материла.

Створка клеенная, трехслойной конструкции, состоит из внутренней и внешней обшивок, четырех внутренних балок и сотового заполнителя. Обшивки и балки выклеены из углепластика. Внутренняя полость балок заполнена пенопластом. В створку вклеены четыре резьбовые втулки для крепления такелажных узлов, в качестве которых могут быть применены швартовочные узлы для грузовой кабины. На внутренней стороне створки прикреплена болтами продольная балка из углепластика, заполненная пенопластом.

Наружная обшивка выполнена по теоретическому контуру фюзеляжа. Обшивка состоит из 12-ти слоев углепластика КМУ-3ЛП (ЛУ-П-01 на связующем 5-211-Б) с раскладкой 90°, -45°, 0°, +45°, 0°, 90°, 90°, 0°, +45°, 0°, -45°, 90° и имеет местные усиления в зоне установки балок однонаправленными слоями углепластика. Толщина монослоя δ=0.1 мм.

Внутренняя обшивка выполнена в форме чашки и состоит из 12-ти слоев углепластика КМУ-3ЛП (ЛУ-П-01 на связующем 5-211Б) с раскладкой аналогичной раскладке наружной обшивки, а также 10-ти слоев углепластика КМУ-3ЛП с укладкой ±45°.

Сотовый заполнитель изготовлен из материала АМг-2Н. В конструкции створки применяется сотовый заполнитель с размерами ячеек ,  и , . Высота сотового заполнителя .

Кроме этого между обшивками по узлам навески створки установлены балки. Балки также выполнены из углепластика и в сечении имеют форму корыта. Толщина стенок балок , выполнены они из 16-ти слоев углеленты ЛУ-П-01. Со стороны внутренней обшивки балки усилены однонаправленным углепластиком.

На рисунке 1.5 показана конструкция боковой створки грузолюка.

створка самолет коррозия углепластик

Рис. 1.5 - Боковая створка грузолюка (вид снаружи на левый борт)

1.5.2 Особенности технологии изготовления

Кратко рассмотрим особенности технологии изготовления боковой створки заднего грузолюка самолета.

Выбор метода формообразования изделий из КМ зависит от назначения изделия, состава связующего, габаритных размеров и др. Наибольшее распространение получили следующие методы формообразования: выкладка, намотка, напыление, пултрузия. Так как по геометрическим характеристикам боковая створка не может быть изготовлена методами намотки и пултрузии, а метод напыления не может быть применен из-за высоких требований к прочности, для изготовления внутренней и наружной обшивок, а также для изготовления балок применяется ручная выкладка. Выкладка производится “сухим” способом - из предварительно пропитанного полуфабриката (препрега). Ручная выкладка заключается в послойном наборе пакета из заранее раскроенных заготовок в соответствии со схемой выкладки.

Методы формования изделий из КМ многообразны и их применение зависит от назначения изделия, его габаритных размеров, типа и состава связующего и других факторов. При этом тип связующего определяет, в основном, температуру формования, габариты конструкции - ее изменение во времени, а геометрические параметры детали - величину давления формования. Так как боковые створки грузового люка относятся к ответственным и высоконагруженным деталям, то для их изготовления применяется вакуум - автоклавное формование.

Вакуум - автоклавное формование проводится в автоклаве фирмы “Шольц” размерами 3х16 м. Охлаждение обшивок проводится по следующей схеме:

-   сброс давления в автоклаве;

-        при понижении температуры на 20°С отключается вакуум на 1 минуту;

         при температуре обшивки 30-40°С вакуум отключается совсем.

Значительные габариты створки обусловили необходимость решения ряда сложных технических вопросов при проектировании и изготовлении оснастки и, в первую очередь, по обеспечению увязки форм для выклейки обшивок и склейки агрегата.

Для обеспечения изготовления створки была спроектирована и изготовлена следующая оснастка:

-   форма для выклейки наружной обшивки, она же применяется для сборки и склейки створки;

-        форма для изготовления балок.

Форма для изготовления обшивок представлена на рисунке 1.6.

Рис. 1.6 - Эскиз оснастки для изготовления обшивок

1. обшивка формы;

2.       рама;

.        набор ложементов;

.        цулага.

При больших габаритах форм изготовить ее с необходимой жесткостью оказалось невозможно, в связи с чем рабочее положение формы определялось нивелировкой. Стабилизация формы в процессе нивелировки и после нее обеспечивается установленными в каждой секции двумя парами опор и реперных площадок.

1.5.3 Установка боковых створок

Правая и левая боковые створки (рисунок 1.7) навешены шарнирно, каждая на четырех узлах, и управляются четырьмя гидроцилиндрами. В закрытом положении боковые створки упираются в передний и задний упоры и удерживаются фиксаторами, ролики которых установлены на средней створке и входят в ловители боковых створок.

Передний узел навески состоит из клепаной балки и кронштейна. Остальные, типовые, узлы навески (рисунок 1.7) состоят из кронштейнов, подкрепленных подкосами. К вершинам кронштейнов подсоединены штоки гидроцилиндров. Гидроцилиндры и кронштейны прикреплены осями к кронштейнам (15), крепящимся к балке грузового люка.

Для выхода кронштейнов при открытии створок в панелях фюзеляжа сделаны вырезы, которые закрываются надстройками при закрытых створках и уплотняются резиновыми профилями. Оси вращения первого и четвертого узлов навески вынесены за обводы фюзеляжа, и узлы закрыты обтекателями, установленными на винтах.

На правой и левой створке установлено по шесть фиксаторов (рисунок 1.8) По конструкции фиксаторы одинаковые. Фиксатор (1) состоит из ловителя (9), прикрепленного болтами к боковой створке, кронштейна (3), оси (7) с роликом (8), установленным на средней створке. Ось запрессована в стакан (4), ввернутый в кронштейн и застопоренный гайкой (6). Для правильной установки оси ролика в ловителе на кронштейне имеются прорези под болты крепления и насечки на поверхности кронштейна, которые позволяют регулировать установку кронштейна. При закрытии средней створки ролики, установленные на средней створке, заходят в ловители на боковых створках и удерживают их в закрытом положении. Для контроля полного закрытия средней створки на кронштейнах роликов и ловителях имеются красные метки.

Передний упор-сигнализатор (рисунок 1.9) установлен на задней торцевой балке рампы, а опорная площадка (11) - на створке. Упор состоит из кронштейна (15) и регулируемого толкателя (12). Сигнализатор состоит из корпуса (9), на котором шарнирно установлен на оси (8) подпружиненный рычаг (6) с нажимным винтом (17), толкателем (10) и штоком (14). К корпусу также прикреплен болтами микровыключатель.

При открытии створок рычаг (6) отжимается пружиной (13), обжимая нажимным винтом (17) шток микровыключателя. Поворот рычага ограничивается упором (7), запрессованным в корпус.

Задний упор нерегулируемый, состоит из кронштейнов (1) и (2) (рисунок 1.9), установленных на балке грузового люка, и кронштейна (3), установленного на створке. В месте соприкосновения кронштейнов установлены стальные накладки (4) и (5).

Рис. 1.7 - Установка боковых створок

Рис. 1.8 - Установка фиксаторов боковых створок

1. Фиксатор

2.       Прокладка

.        Кронштейн

.        стакан

.        Стопорный кран

.        Гайка

.        Ось

.        Ролик

.        Ловитель

.        Штифт

.        Винт

.        Кожух ловителя

Рис. 1.9 - Упоры боковых створок

1.6 Обоснование выбора метода решения поставленных задач. Основные идеи метода конечных элементов.

В данном случае рассматривается модель створки грузолюка. Для заданной геометрии створки необходимо провести линейный статический анализ конструкции и оценить напряженно-внутреннее состояние под действием внешних нагрузок. Конструкция створки несимметрична, ее теоретический контур образует поверхность двойной кривизны. Более подробно конструкция створки описана в разделе 1.5 данного дипломного проекта. Поставленную задачу расчета конструкции на прочность будем решать используя метод конечных элементов.

В настоящее время метод конечных элементов служит универсальным средством анализа конструкций. Такой метод анализа используется везде, где требуется с высокой степенью достоверности оценить прочность проектируемых конструкций при различных видах воздействий. МКЭ может распространяться практически на неограниченный класс задач благодаря тому, что он позволяет использовать элементы простых и различных форм для получения разбиений. Размеры конечных элементов, которые могут быть скомбинированы для получения приближения к любым нерегулярным границам, в разбиении иногда различаются в десятки раз. Допускается приложение нагрузки произвольного вида к элементам модели, а также и наложение закрепления любого типа на них. Метод применим ко всем классам проблем распределения полей, которые включают в себя анализ конструкций, перенос тепла, течение жидкости и электромагнетизм.

Метод конечных элементов является численным методом решения дифференциальных уравнений. В этом качестве он служит и методом построения математической модели, и методом её исследования.

Основная идея МКЭ состоит в том, что непрерывная величина, то есть величина, определенная бесконечным числом значений, на рассматриваемой области аппроксимируется дискретной моделью. Последняя строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей. Непрерывная величина может быть скалярной функцией (например, температурой) или векторной (например, перемещением точек деформируемого тела). Замена бесконечномерной задачи -мерной, то есть переход к дискретной модели осуществляется следующим образом:

1. В рассматриваемой области упругого тела фиксируется конечное число точек, которые называются узлами. Далее, не теряя общности, будем полагать, что неизвестная функция в узле определяется одним значением (скалярная или одномерная векторная функция).

2.       Значение непрерывной функции  в каждом узле считается переменной, которая должна быть определена.

.        Область разбивается на конечное число подобластей, называемых элементами. Последние имеют общие узлы и в совокупности аппроксимируют форму упругого тела.

.        Непрерывная функция  аппроксимируется на каждом элементе полиномиальными функциями , называемыми функциями формы, значения которых внутри элемента и на его границах определяются через значения функции в узлах. Здесь индекс  относится к элементу, а индекс  - к узлу. Для каждого элемента назначаются свои полиномы, но они подбираются так, чтобы выполнялись некоторые условия относительно функций при переходе через границы элементов. В классической реализации МКЭ функции при переходе через границы элементов должны оставаться непрерывными.

1.6.1 Комплекс программ MSC.vN4W

Одним из комплексов программ, позволяющих по заданным исходным данным (геометрия, материалы, внешние нагрузки, граничные условия) получить напряженно-деформированное состояние конструкции, является комплекс программ MSC.vN4W, который включает в себя программу моделирования конструкций FEMAP и программу конечно-элементного анализа конструкций MSC/NASTRAN.

Программа FEMAP предназначена для подготовки полноценных конечно-элементных моделей и обработки результатов. MSC/NASTRAN является исчерпывающей программой конечно-элементного анализа.

Процедура анализа конструкций МКЭ включает следующие основные этапы:

разработка геометрической модели конструкции;

задание характеристик материала;

задание типов конечных элементов и их свойств (толщины, геометрических характеристик поперечного сечения и др.);

создание сетки конечных элементов либо “ручным” способом, либо автоматическим, например, путем разбиения геометрической модели;

проверка корректности сетки конечно-элементной модели;

задание условий закрепления конечно-элементной модели;

формирование условий нагружения конечно-элементной модели;

выбор вида и параметров конечно-элементного анализа;

выполнение конечно-элементного анализа конструкции;

анализ возможных формальных ошибок, их устранение, повторное выполнение конечно-элементного анализа;

анализ результатов расчета, выявление ошибок моделирования, внесение изменений в модель, повторное выполнение конечно-элементного анализа;

обработка и графическое оформление результатов расчета.

1.7. Подготовка расчетной конечно-элементной модели

 

.7.1 Разработка геометрической модели

Геометрическое моделирование для конечно-элементного анализа отличается от моделирования для других приложений. Геометрическая модель может быть создана непосредственно в FEMAP, а также она может быть импортирована из многих CAD/CAM/CAE систем, форматы которых предусмотрены в средствах импорта геометрии. Часто избыточная подробность геометрической модели, например, в местах скруглений и других переходов от одних поверхностей к другим, создает проблемы при создании сетки конечных элементов. Для простых конструкций целесообразнее создавать геометрическую модель непосредственно в FEMAP, так как основной смысл ее состоит в том, чтобы облегчить генерацию требуемой сетки конечных элементов.

Рассматриваемая створка грузолюка с точки зрения геометрии представляет собой поверхность двойной кривизны. Геометрическая модель створки создана с помощью систем CADDS5 и CATIA 5 R12, а затем импортирована в FEMAP. Полученная геометрическая модель створки представлена на рисунке. 1.10.

Рис. 1.10 - Геометрическая модель створки

 

.7.2 Задание характеристик материала

FEMAP поддерживает четыре типа материала, которые используются в программе NASTRAN:

изотропный материал имеет одинаковые свойства во всех направлениях. Все свойства материала задаются в виде скалярных величин;

ортотропный материал (в двух и трех измерениях) имеет свойства, зависящие от направлений. Параметры материала задаются либо в двух ортогональных направлениях на плоскости, либо в трех направлениях в пространстве. Моделью ортотропного материала может служить оребренная в двух перпендикулярных направлениях панель;

анизотропный материал (в двух и трех измерениях) имеет свойства, зависящие от направлений. Параметры материала задаются в виде обобщенных матриц упругости размером 3х3 для двумерного варианта и 6х6 для трехмерного. К анизотропным материалам относятся композиты;

к высокоэластичным относятся материалы, подвергающиеся большим деформациям. Их характерной особенностью является упрочнение по мере увеличения деформаций, что характеризуется вогнутостью кривой “деформация-напряжение”, в то время как у обычных материалов, таких как металлы, эта кривая выпуклая. К высокоэластичным материалам относятся резина, нейлон, капрон.

Задание характеристик материала выполняется в выбранной системе единиц измерения. После этого можно считать систему единиц измерения определенной. При задании характеристик материалов можно обратиться к библиотеке материалов FEMAP, которая может служить образцом построения подобных библиотек. Она, как правило, содержит характеристики самых общих материалов в различных системах единиц измерения.

В данном случае моделируется ортотропная оболочка двумерными элементами Laminate (описание типа элементов описано в п. 1.7.3). Следовательно, при задании характеристик материала в FEMAP использован ортотропный в двух измерениях материал.

При задании свойств двумерного ортотропного материала применяются следующие соотношения зависимости деформаций от напряжений:

(1.1)

(1.2)

Уравнение (1.1) характеризирует соотношения в плоскости элемента. Соотношения между касательными напряжениями в плоскости в поперечном направлении и сдвиговыми деформациями определяются уравнением (1.2).

Основные физико-химические и физические характеристики материалов, необходимых для задания и используемых в расчете створки, приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Основные физико-химические и механические свойства материалов, применяемых при изготовлении створки грузолюка самолета АН-124 и используемых в расчетах данного дипломного проекта

№ п/п	Марка мат-ла	Плотность г/см2	Тол щина, мм	Механические характеристики при Коэф Пуассона
				растяжение, кгс/мм2		Сжатие кгс/мм2		Изгиб кгс/мм2		Сдвиг кгс/мм2
1	Углелента КМУ-3ЛП	1,5	1,5	75	15000	60	15000	130	13500	5,5	550	0,31
	Сотовый заполнитель	кг/м3	радиус ячейки, мм	сжатие, МПа		отрыв, МПа		сдвиг, МПа		модуль сдвига, МПа
			а
2	АМг2-Н	55	2,5	2,0		5,0		1,5	0,9	270	150	-
		27	5	0,7		2,5		0,4	0,3	130	80	-
	Клеи			расход, г/м2		Отрыв кгс/см2		сдвиг, кгс/см2		диапазон раб. темп. єС
3	ВК-41	-	0,28-0,2	-		45,0 (при 80єС)		29,4		-60+80		-
4	ВК-9	-	-	250-300		-		143		-60+120		-
5	-	0,8-1,2	-		35,0 (при 20єС)		100		-60+150		-

1.7.3 Задание типов конечных элементов и их свойств

При моделировании мембран, оболочек и пластин используются двумерные элементы (Plane elements). Элементы могут иметь либо треугольную, либо четырехугольную форму с узлами в вершинах элементов.

В данном случае математической моделью створки является многослойная пластина двойной кривизны. Для её моделирования целесообразно использовать элементы типа Laminate, которые подобны элементам Plate, за исключением того, что они состоят из одного или более слоев. Схема элемента Laminate представлена на рисунке 1.11.

Рис. 1.11 - Схема элемента Laminate

Будем использовать четырехузловые четырехугольные элементы, ось Х которых направлена по биссектрисе угла, образованного диагоналями элемента (рисунок 1.11). Ось Y перпендикулярна оси Х, лежит в плоскости элемента и направлена в сторону кромки узлов 3-4. Ось материала Х_m отсчитывается от кромки узлов 1-2 и может быть использована для поворота оси Х элемента.

Для каждого слоя задается материал, угол ориентации оси материала относительно оси Х элемента и толщина слоя.

Напряжения для каждого слоя выводятся в системе координат материала слоя.

При моделировании ферменных конструкций, балок, стержней и других одномерных конструкций используются различные типы одномерных элементов (Line Elements). Одномерные конечные элементы конструктивно соединяют два узла. Перемещения точек этих элементов определяются функциями формы первого порядка, которые зависят от одной координаты - относительного расстояния по оси элемента от первого узла до текущей точки.

Балки, имеющиеся в конструкции рассматриваемой створки, удобно задавать элементами типа Beam (элемент общего типа для конструкций балочного вида). Это одноосные элементы, работающие на растяжение, сжатие, кручение, поперечный сдвиг и изгиб. Схема элемента Beam представлена на рисунок 1.12.

Рис. 1.12 - Схема элемента Beam

По своей форме элемент типа Beam представляет собой линию, соединяющую два узла. Третий узел используется для ориентации оси Y элемента.

Ось Х системы координат элемента направлена от узла 1 к узлу 2 (рисунок 1.12). Для задания свойств балочных элементов Beam необходимо, чтобы была определена ориентация всех трех осей элемента. Для этого используется вектор ориентации, который определяется осью Х и вектором ориентации. Ось Y элемента перпендикулярна оси Х и направлена в сторону вектора ориентации. Ось Z элемента направлена по правилу векторного умножения, то есть поворот оси Y к оси Z осуществляется против часовой стрелки, если смотреть со стороны оси Х.

1.7.4 Создание сетки конечных элементов

Создание сетки конечных элементов возможно двумя способами: создание узлов и элементов по одному; автоматизированное создание сетки на геометрических объектах.

При построении сетки на основе геометрической модели необходимо последовательное и согласованное выполнение действий. Создание сетки на геометрической модели состоит из двух шагов. На первом шаге геометрическая модель подготавливается к разбиению - назначаются размеры элементов, число разбиений по ребрам и граням, места сгущения и разрежения сетки и т. п. На втором шаге, в соответствии с заданными параметрами разбиения производится генерация сетки конечных элементов.

Моделирование конечными элементами предполагает достижение трех целей: моделирование геометрии деформируемого тела; моделирование упруго-массовых свойств конструкции; моделирование граничных условий.

В связи со сложной геометрией створки, а также в связи определенными требованиями к форме и ориентации конечных элементов, автоматизированное создание сетки затруднено. Поэтому создание конечно-элементной модели проводилось путем ручного формирования набора конечных элементов с привязкой к существующей (импортированной) геометрии створки.

Полученная конечно - элементная модель створки показана на рисунке 1.13.

Рис. 1.13 - Конечно-элементная модель створки

1.7.5 Аэродинамические нагрузки на створки грузолюка самолета АН-124

Аэродинамические нагрузки на створки грузолюка изд. “400” определены на основании продувок модели 127-МС-400-104 в аэродинамической трубе ЦАГИ. Имеем три расчетных случая.

1. Закрытое положение створок.

Расчетная нагрузка на центральную створку

Расчетная нагрузка на боковую створку

более нагруженная

менее нагруженная

2. Закрытое положение створок, но не на замках.

Расчетная нагрузка на центральную створку

Расчетная нагрузка на боковую створку

3. Створки открыты полностью

Расчетная нагрузка на боковую створку

В данном дипломном проекте рассматривается лишь один из приведенных расчетных случаев, когда створки закрыты. На рисунке 1.14 приведен график распределения расчетной погонной нагрузки по длине боковой створки в закрытом положении. Распределение нагрузки по ширине створки принимается по линейному закону с указанными положениями центров давления .

Рис. 1.14 - Распределение нагрузки по боковой створке грузолюка в закрытом положении.

 

.7.6 Задание нагрузок и граничных условий конечно-элементной модели

Нагрузки (Loads) и закрепления (Constraints) представляют собой условия, при которых проводится анализ конечно-элементной модели. Способы наложения нагрузок и наложения связей похожи. Программа FEMAP обеспечивает широкий выбор типов нагрузок и предусматривает большое разнообразие методов приложения этих нагрузок к конечно-элементной модели. Нагрузки можно классифицировать по физическому воздействию:

силы и моменты в виде сосредоточенных и распределенных по длине и площади нагрузок;

кинематические воздействия - ускорения, скорости и перемещения;

тепловые воздействия в виде температуры, теплового потока.

А также по способу приложения к объектам модели:

объемные нагрузки;

узловые нагрузки;

элементные нагрузки;

нагрузки, прикладываемые к геометрическим объектам.

В данном дипломном проекте рассмотрен один из описанных расчетных случаев (см. п. 1.7.5): створки закрыты на замках. В соответствии с данными о нагрузках, к полученной конечно-элементной модели приложено неравномерно распределенное давление по площади створки в виде элементных нагрузок. Значения приложенного давления по сечениям представлены в таблице 1.4. В таблице приведены геометрические данные сечений (длина, ширина) створки по длине; значения в сечениях погонной нагрузки, график которой приведен на рисунке 1.14; значения приложенного давления, действующего на поверхность элемента в сечении, вычисленного по формуле (1.3):

,(1.3)

где - приложенное действующее давление по длине в сечении;

- действующая погонная нагрузка по длине в сечении;  - номер сечения

Таблица 1.4

Приложенная нагрузка по длине створки в сечениях

№ сеч.	Длина в сеч., м	Ширина в сеч., м	Погонная нагрузка по длине кг/м	Действующая нагрузка по длине, кг/м2
1	0	0,734	1610	2194,4
2	0,57	0,741	1380	1861,1
3	1,14	0,776	1230	1585,1
4	1,71	0,825	1130	1369,4
5	2,28	0,900	1070	1189,2
6	2,85	0,917	1025	1118,3
7	3,42	0,956	990	1036,0
8	3,99	1,004	965	961,5
9	4,56	1,050	950	904,8
10	5,13	1,092	955	874,2
11	5,70	1,132	965	852,5
12	6,27	1,164	1000	859,2
13	6,84	1,177	1030	875,4
14	7,41	1,183	1015	858,1
15	7,98	1,199	940	783,7
16	8,55	1,209	780	645,1
17	9,12	0,975	600	615,4
18	9,69	0,739	435	588,4
19	1,26	0,497	280	563,5
20	10,83	0,251	1350	537,6
21	11,40	0	0	0

Граничные условия представляют собой связи, наложенные на обобщенные перемещения узлов конечно-элементной модели. В общем виде уравнение связи записывается следующим образом:

(1.4)

здесь  - заданные коэффициенты,  - обобщенное перемещение узла. Когда связь накладывается на отдельное обобщенное перемещение, уравнение связи имеет форму . Такая связь называется закреплением. Таким образом, граничные условия или связи накладываются в двух формах: в форме закреплений и в форме уравнений связи.

Рис. 1.15 - Условия закрепления конечно-элементной модели створки

Условия закрепления створки описаны в п. 1.5.3. Связи наложены в виде узловых закреплений (по соответствующим узлам конечно-элементной модели, рисунок 1.15). На рисунке номерами 1 - 5 обозначены балки. Для удобства пронумерованы зоны между балками.

 

.7.7 Конечно-элементный анализ конструкции

Линейный статический анализ применим к конструкциям и условиям нагружения, которые отвечают следующим требованиям:

- зависимость  (напряжения-деформации) материала конструкции линейна во всем диапазоне деформаций;

- деформации конструкции под действием приложенной нагрузки не приводят к изменению её жесткости и условий нагружения;

на элементы конструкции не наложены условия контакта;

время увеличения нагрузки от нуля до приложенной величины достаточно велико.

Результатом линейного статического анализа являются перемещения узлов, реакции в связях, напряжения, деформации и внутренние усилия в элементах модели.

Расчетная модель створки изображена на рисунок 1.15. В результате линейного статического анализа получены напряжения и деформации, описанные ниже.

На рисунок 1.16 изображена картина суммарных деформаций створки (м).

Видно, что наименьшие перемещения имеют место в Зоне I и далее деформации увеличиваются по длине створки. Максимальный прогиб 3.9 см в Зоне V.

Максимальные напряжения, выбранные из компонентов  и , возникающих в створке, для слоев с различной укладкой показаны в таблице 1.5. Наружная обшивка растянута, внутренняя сжата.

Рис. 1.16 - Суммарные деформации створки

Таблица 1.5

Максимальные напряжения в обшивках створки

Угол укладки	Напряжения в наружной обш., МПа	Напряжения во внутренней обш., МПа
0°	201	-91
90°	43	-93
45°	190	-57
-45°	216	-46

Из таблицы 1.5 видно, что наиболее нагруженными являются слои с укладкой -45°, причем максимальные напряжения, возникают в зонах концентраторов напряжений, то есть у заделок. Следует заметить, что накладки и усиления, существующие в этих зонах, в расчете не учтены. На рисунке 1.17 показано распределение возникающих в створке деформаций в наиболее нагруженных слоях.

Рис. 1.17 - Напряжения в слоях с укладкой - 45°

1.8 Анализ полученных результатов, оценка запасов прочности

В результате конечно-элементного анализа рассматриваемой конструкции были получены значения действующих напряжений в створке и её деформаций.

В таблице 2.1 приведены максимальные действующие напряжения в обшивках створки. Причем видно, что наиболее нагруженными в растянутой наружной обшивке являются слои, уложенные под углом -45°, а во внутренней обшивке - слои с укладкой 90°. Как было сказано выше, максимальные напряжения имеют место в местах концентраторов напряжений. В данном расчете не учтены усиления и накладки в соответствующих зонах конструкции.

Критическими напряжениями в растянутой зоне считаем предел прочности материала на растяжение (таблица 1.3)

.

Критические напряжения в сжатой зоне определим по формуле, определенной в методических и справочных материалах по статической прочности в АНТК им. О.К. Антонова [3]

(1.5)

где, ;

,  - модуль упругости и коэффициент Пуассона материала;

 - радиус ячейки соты заполнителя;

- толщина монослоя материала.

При определении допустимых напряжений для изделий из композиционных материалов следует учитывать факторы влияния технологических условий и воздействия внешней среды. Согласно обоснованиям дополнительного коэффициента безопасности для конструкций из КМ фюзеляжа самолета были определены коэффициенты, учитывающие эти факторы. Таким образом, учтено влияние на статическую прочность внешней среды, разброса механических свойств материала и повреждение материала в процессе производства и эксплуатации при определении результирующих коэффициентов снижения механических свойств композиционного материала. Для конструкций, находящихся снаружи самолета и подвергающихся воздействию окружающей среды, коэффициент снижения свойств . Коэффициенты, учитывающие разброс свойств материала и чувствительность к концентраторам напряжений, соответственно равны , .

.

Допускаемые напряжения:

,

Запасы прочности:

,

Анализируя полученные результаты, видно, что как в верхней, так и в нижней обшивке имеем запас прочности , то есть условие прочности обеспечивается.

Основным требованием по жесткости конструкции в данном расчетном случае (створки закрыты на замках) является обеспечение минимальных прогибов по линии примыкания створки к рампе заднего грузолюка. Максимальные прогибы по этой кромке составляют 6 мм, что удовлетворяет требованиям аэродинамики.

 

.9 Выбор расчетного случая нагружения для определения допустимой площади повреждения сотового заполнителя

Так как створка не является герметичной конструкцией, то в процессе эксплуатации за счет перепадов давления и температур влага вместе с воздухом проникает внутрь створки. При длительной эксплуатации данной створки в ней происходит разрушение сот, а именно, их коррозия. Частое ремонтирование створок и замена сот привели к задаче определения площади, при повреждении которой створка не потерпит разрушение.

Для решения данной задачи рассмотрим элементарные участки створки с разными условиями нагружения. Критерием прочности в идеале является условие (1.6), где [], []- пределы прочности материала на растяжение и сжатие соответственно.

(1.6)

То есть если выполняется хотя бы одно из условий (1.6), можно считать, что искомое решение найдено.

Наибольший интерес представляют участки створки с максимальными значениями действующих нагрузок, максимальными значениями возникающих напряжений в обшивках, а также с максимальными деформациями в створке. Поэтому для решения поставленной задачи целесообразно рассмотреть различные варианты нагружения отдельных участков створки и определить наиболее опасный из них. Найденная область будет являться предметом дальнейшего исследования, что и приведет к искомым результатам.

Рассмотрим участок створки площадью 0,1 м². Для упрощения данной задачи сделаем следующие допущения:

рассматриваемая область не имеет радиуса кривизны (т. е. имеем плоскую задачу);

приложенное давление считаем равномерно распределенным по площади поверхности участка;

физико-механические характеристики материала как для пакета в целом (изотропный материал);

так как предметом искомого решения задачи является площадь без сот, то в расчетах будем рассматривать лишь наружную обшивку, так как внутренняя при этом не работает.

Физико-механические характеристики для пакета вычислены с помощью программы КОМПОЗИТ и приведены ниже.

 кг/мм²;  кг/мм²;  кг/мм²; =0,2;

 кг/мм²;  кг/мм²;  кг/мм².

1.9.1 Расчетный случай при максимальных напряжениях в створке

Рассмотрим участок, в котором возникают максимальные напряжения в створке. Анализ полученных результатов расчета показал, что максимальные напряжения возникают в зоне II в области заделки балки 5 (рисунки 1.15, 1.17). Выделим участок площадью 0,1 м² в наиболее опасном месте и приложим к нему действующие внутренние напряжения и внешние нагрузки.

На рисунке 1.17 показаны приложенные действующие напряжения и их значения; давление по поверхности .

Напряженно-деформированное состояние рассматриваемой области показано на рисунке 1.18.

Рис. 1.17 - Участок с максимальными напряжениями в створке

Рис. 1.18 - Напряженно-деформированное состояние

Напряжения, возникающие на участке площадью 0,1 м² под действием приложенных нагрузок не превышают предел прочности материала при растяжении и при сжатии, то есть условие (1.6) не выполняется.

,;

Напряжения, действующие в направлении оси Х, Y:

; .

Отсюда запас прочности по осям Х, Y соответственно:

, .

1.9.2 Расчетный случай при максимальных деформациях створки

Рассмотрим участок, в котором возникают максимальные прогибы створки. Больше всего створка деформируется в зоне V между балками 4 и 5 (см. рис. 1.15, 1.17). Выделим участок площадью 0,1 м² в наиболее опасном месте и приложим к нему действующие внутренние напряжения и внешние нагрузки. На рисунке 1.19 показаны приложенные действующие напряжения на участке и их значения; давление по поверхности .

Напряженно-деформированное состояние рассматриваемой области показано на рисунке 1.20.

Рис. 1.19. - Участок с максимальными деформациями створки

Рис. 1.20 - Напряженно-деформированное состояние

Напряжения, возникающие на участке площадью 0,1 м² под действием приложенных нагрузок не превышают предел прочности материала при растяжении и при сжатии, то есть условие (1.6) не выполняется.

,;

Напряжения, действующие в направлении оси Х, Y:

;

.

Отсюда запас прочности по осям Х, Y соответственно:

,

.

1.9.3 Расчетный случай при максимальной действующей нагрузке на поверхность створки

Рассмотрим участок, на который приложено максимальное давление. Судя по графику распределения нагрузки (рисунок 1.14), видно, что максимальное давление приходит на поверхность зоны I по торцу створки (рисунок 1.15).

На рисунке 1.21 показаны приложенные действующие напряжения на участке и их значения; давление по поверхности .

Напряженно-деформированное состояние рассматриваемой области показано на рисунке 1.22.

Рис. 1.21 - Участок с максимальной действующей нагрузкой

Рис. 1.22 - Напряженно-деформированное состояние

Напряжения, возникающие на участке площадью 0,1 м² под действием приложенных нагрузок не превышают предел прочности материала при растяжении и при сжатии, то есть условие (1.6) не выполняется.

,;

Напряжения, действующие в направлении оси Х, Y:

;

.

Отсюда запас прочности по осям Х, Y соответственно:

,

.

Результаты расчетов по всем рассмотренным выше участкам с различными расчетными случаями сведены в таблицу 1.6. Полученные в п. 1.9.1, 1.9.2 и 1.9.3 результаты показывают, что наиболее опасным участком в отношении прочности конструкции является участок с наибольшими действующими напряжениями в створке (п. 1.9.1). Следовательно, дальнейшие исследования будут заключаться в том, чтобы найти допустимую площадь повреждения сот в этом расчетном случае.

Таблица 1.6

Результаты исследований участка створки с различными условиями нагружения

Расч. сл.	Напр.по оси X, МПа				Напр. по оси Y, МПа
	раст.	сжатиераст.сжатие
max напр.	117	1,7	-117	2,17	171	1,16	-171	1,48
max деф.	86,3	2,3	-86,3	2,9	126	1,58	-126	2,02
max давл.	99,5	2	-99,5	2,6	145	1,4	-145	1,8

1.10 Определение допустимой площади повреждения сотового заполнителя. Выводы

Дальнейшие исследования будут проведены для участка створки, в котором возникают максимальные напряжения при действующей внешней нагрузке. Напряжения и запасы прочности, возникающие в этом участке при действии внутренних напряжений створки и приложенного внешнего давления, рассмотрены в п. 1.9.1 и приведены в табл. 1.6. Полученные значения запасов прочности показывают, что для нахождения допустимой площади повреждения сот створки и обеспечения условия (1.6) необходимо увеличить площадь рассматриваемого участка. Рассмотрены участки со следующими площадями: 0,18м²; 0,13м²; 0,12м²; 0,11м². Расчеты аналогичны предыдущим. Результаты приведены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Результаты исследований участка с максимальными напряжениями в створке

Площадь участка	Напр.по оси X, МПа				Напр. по оси Y, МПа
	раст.	сжатиераст.сжатие
0,18	226	0,88	-258	0,99	187	1,06	-295	0,86
0,13	182	1,09	-238	1,07	279	0,71	-125	2,03
0,12	176	1,13	-176	1,44	191	1,04	1,33
0,11	148	1,34	-148	1,7	185	1,08	-185	1,4

Исследования показывают, что при достижении повреждений сотового заполнителя площади более 0,12 м² в зоне балки 4 створка теряет устойчивость и требует ремонта. Так как спрогнозировать места появления очагов коррозии невозможно, то в расчетах были рассмотрены наиболее опасные с точки зрения прочности области створки. Можно гарантировать, что для данной критической области створки допустимы повреждения площадью не более 0,12 м².

2. Экономическая часть

 

.1 Экономическая эффективность применения углепластиков

Целью экономической части данного проекта является оценка плановой себестоимости боковой створки заднего грузолюка самолета АН-124, конструкция которой описана в разделе 1.5 данного дипломного проекта. Стоимость углепластиковых конструкций, как и металлических, складывается из стоимости материала, стоимости изготовления деталей, стоимости сборочных работ, затрат на заработную плату рабочих и др.

Анализ данных таблицы 1.2 п. 1.5.1 дает возможность представить, какие компоненты конструкций дадут максимальную экономию массы со снижением стоимости изделия.

Оценки, сделанные на основании цен середины 80-х годов, показывают, что снижение стоимости изделий для самолетостроения при применении углепластиков составляют, по крайней мере, 0,5% на каждый процент снижения массы. В общем случае, стоимость изделия будет тем ниже, чем большее число деталей будет сделано из композитов. В таблице 2.1 приведена сравнительная стоимость конструкций из КМ и металла

Табл. 4.1

Сравнительная стоимость углепластиковых и металлических конструкций (в условных единицах)

Материал	Стоимость деталей	Стоимость сборочных работ	Общая стоимость
метал. сплавы	39	61	100
углепластики	62	32	94

Стоимость сборочных работ для типовых самолетных конструкций из металлических сплавов при использовании обычных методов составляет в среднем 61 условную единицу. В случае применения углепластиков возможно снижение стоимости за счет уменьшения количества деталей приблизительно на 50%, Такое снижение числа деталей естественно приведет к уменьшению крепежа и к соответственному снижению трудоемкости сборочных работ. Если учесть, что при сборке углепластиковых деталей будут широко применяться склейка и метод совместной полимеризации, то величина снижения стоимости сборочных работ еще больше возрастет. Однако при проведении данных исследований снижение трудоемкости для углепластиковых конструкций было принято равным 40%, и стоимость сборочных работ составила 32 условные единицы.

Таким образом, стоимость углепластиковых конструкций будет меньше чем металлических, хотя стоимость деталей из углепластиков будет превышать не менее чем на 50% стоимость металлических деталей из-за высокой трудоемкости выкладки препрегов.

 

.2 Расчет плановой себестоимости изделия

Себестоимость продукции - это выраженные в денежной форме затраты предприятия на ее выпуск и реализацию.

Показатели себестоимости широко применяются при оценке производственно-хозяйственной деятельности предприятия, в системе их хозрасчетных отношений, при определенной экономической эффективности капитальных вложений, внедрения новой техники, технологических процессов, новых материалов, выборе конструкции новой машины, видов заводского транспорта, совершенствования организации и во многих других случаях.

В зависимости от состава учитываемых затрат различают технологическую, цеховую, производственную и полную себестоимость продукции.

Калькуляция плановой себестоимости изделий или работ цеха учитывает только те затраты, которые производятся в данном цехе, без учёта затрат других цехов. Полная калькуляция готового изделия производится централизованно путём суммирования затрат всех цехов, изготавливающих это изделие.

Для расчета плановой себестоимости использована методика, описанная в книге [9].

Рассмотрим порядок проведения расчетов по важнейшим статьям.

В статью «Сырье и материалы» включают затраты на основные материалы, которые входят в состав выпускаемой продукции, а также затраты на вспомогательные материалы, используемые для обеспечения технологического процесса. Стоимость материалов определятся по формуле:

(2.1)

где - норма расхода i-гo материала на изделие;

 - цена единицы i-гo материала;

 - количество видов материалов;

Коэффициент 1,05 учитывает транспортно-заготовительные расходы.

Стоимость основных и вспомогательных материалов приведена в таблицах 2.2 и 2.3 соответственно.

Таблица 2.2

Стоимость основных материалов

№	Материал	Ед. изм.	Кол-во	Цена за ед., грн.	Стоим., грн
1	Орг. ткань СВМ	м2	31,5	160	5040
2	Лента КМУ-3ЛП	м.п.	107,96	1450	156542
3.	Заполнитель АМг-2Н (а=2,5мм)	м2	10,5	210	2205
4.	Связующее 5-211-БН	кг	238,6	45,5	10856,3
5.	Клей ВК-41	кг	4,6	97,65	449,19
6.	Клей ВК-9	кг	2,1	117,2	246,12
	Итого				175338,6

Таблица 2.3

Стоимость вспомогательных материалов

№	Материал	Ед. изм.	Кол-во	Цена за ед., грн.	Стоим., грн
1	Пленка полипропиленовая	м2	35,2	1	35,2
3	Ткань для дренажа	м2	62,1	7	434,7
4	Лента герметизир.	м.п.	218	3	654
5	Липкая лента ЛТ-19	м.п.	47	2	94
	Итого				1217,9

Итак, общая стоимость расходуемых материалов:

 (грн).

Цены на материалы взяты из прайса стоимости в бюро нормирования материалов НИО КМ.

Статья «Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты» отражает затраты на комплектующие изделия, поступающие по кооперации с других предприятий, на приобретение заготовок и оплату услуг других предприятий по частичной их сборке. При расчетах для проектированного изделия эта статья не учитывается, так как расчеты укрупненные.

Статья «Возвратные отходы» включает стоимость тех остатков исходных материалов и полуфабрикатов, которые в дальнейшем могут быть каким либо образом целесообразно переработаны и использованы в производстве неответственных деталей в авиастроении или в народном хозяйстве. По укрупненным расчетам стоимость отходов будет составлять 10% от стоимости материала.

 (грн).

В статью «Топливо и энергия на технологические цели» включаются затраты на все виды топлива и энергии, которые непосредственно применяются в технологическом процессе без преобразования в другие виды энергии. Сумма этих статей представляет материальные затраты на выработку продукции. При расчетах для проектированного изделия эта статья не учитывается, так как расчеты укрупненные.

В статье «Прямая заработная плата производственных рабочих» учитывается тарифный фонд заработной платы рабочих, занятых непосредственно выполнением производственного процесса по сдельной или повременной системам оплаты труда. В эту статью входят и такие виды доплат, как доплаты за руководство бригадой, за работу в ночное время и некоторые другие, а также премии из фонда заработной платы за перевыполнение технически обоснованных норм, выполнение плана и высокое качество продукции.

Прямую ЗП основных рабочих рассчитывают по формуле:

(2.2)

где  - трудоемкость сдельных и повременных работ по изготовлению изделия, чел-ч;

 - сдельная часовая ставка на сдельные и повременные работы по изготовлению изделия, грн/чел.-ч.;

,  - средние по изделию проценты доплат за условия и интенсивность труда (составляют 16%).

Трудоемкость по изготовлению следующая:

1. изготовление балок - 50 н.-ч.;

2.       изготовление наружной обшивки - 280 н.-ч.;

.        изготовление внутренней обшивки - 320 н.-ч.;

.        сборка изделия - 1200 н.-ч.;

Тогда трудоемкость на одну створку составляет:

Т=1850н.-ч.;

Все работы выполняют рабочие 5 разряда. Сдельная часовая ставка на сдельные и повременные работы составляет l,76 гpн/чac.

Таким образом, прямая заработная плата основных рабочих составит:

 (грн).

Статья «Дополнительная заработная плата производственных рабочих» отражает доплаты, предусмотренные законодательством о труде за не проработанное время: оплата очередных и дополнительных отпусков, льготных часов подросткам и кормящим матерям, за выполнение государственных обязанностей и др.

Дополнительную заработную плату основных рабочих рассчитывают по формуле:

(2.3)

где  - норматив дополнительной заработной платы производственных рабочих, который составляет 40%. Дополнительная ЗП составляет:

 (грн).

Статья «Отчисление в фонды» учитывает отчисления на социальное страхование, пенсионный фонд с заработной платы, которые определяются по нормам от сумм основной и дополнительной ЗП производственных рабочих.

(2.4)

где  - норматив обязательных начислений на социальные мероприятия, который составляет 37,5%.

Обязательные отчисления в фонды составляют:

 (грн).

В статью «Расходы на подготовку и освоение производства» входят затраты на освоение новых предприятий, цехов и агрегатов, новых видов продукции и технологических процессов; отчисления в фонд премирования за создание и освоение новой техники и некоторые другие единовременные затраты. При укрупненных расчетах величину этих затрат можно принять в размере 10% от суммы материальных затрат и прямой ЗП основных рабочих по этому изделию.

Данные расходы составляют:

(2.5)

 (грн).

Статья «Износ инструментов и приспособлений целевого назначения» учитывает затраты на изготовление, приобретение и ремонт специального инструмента и приспособлений. При укрупненных расчетах величину этих затрат можно принять в размере 15% от прямой ЗП производственных рабочих.

Данные расходы составляют:

 (грн).

Статья «Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования» является комплексной и включает в себя следующие виды расходов:

- амортизационные отчисления на ремонт оборудования и транспортных средств;

расходы по эксплуатации оборудования;

- расходы на текущий ремонт оборудования и транспортных

средств;

затраты на внутризаводское перемещение грузов;

износ МБП;

прочие расходы.

Для проектируемого изделия норматив РСЭО составляет 110% от прямой ЗП основных рабочих. Данные расходы составляют:

 (грн).

Статья «Цеховые расходы» также комплексная. Она включает в укрупненном виде следующие затраты по управлению и обслуживанию производства:

·   расходы на содержание аппарата управления цеха и прочего цехового персонала;

·   амортизационные отчисления на полное восстановление зданий, сооружений и инвентаря общего назначения;

·   расходы на содержание зданий и сооружений и их текущий ремонт;

·   затраты на испытание, опыты, исследования по рационализации и изобретательству цехового характера;

·   затраты по охране труда в цехе;

·   прочие расходы, связанные с управлением и обслуживанием производства.

Расходы на управление цехом находятся как процент от прямой ЗП основных рабочих (180%). Для рассматриваемого изделия эти расходы составляют:

 (грн).

Статья «Медицинское страхование » включает расходы на обязательное медицинское страхование персонала предприятия. Эти расходы составляют 3% от прямой ЗП основных рабочих для рассматриваемого изделия:

 (грн).

Статья «Страхование имущества» включает расходы на обязательное страхование имущества предприятия, приходящееся на данное изделие. Эти расходы составляют 4% от прямой ЗП основных рабочих.

 (грн).

В статью «Общезаводские расходы » входят затраты по управлению предприятием и организацией производства в целом:

·   ЗП аппарата управления предприятия;

·   расходы на командировки работников управления;

·   расходы по всем видам охраны предприятия;

·   конторские, типографические, почтово-телеграфные и телефонные расходы;

·   амортизационные отчисления, затраты на содержание и текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря общезаводского назначения;

·   расходы по подготовке кадров;

·   прочие расходы.

Эти расходы составляют 180% от прямой ЗП основных рабочих для проектированного изделия:

 (грн).

В статье «Внепроизводственные расходы » учитываются расходы по сбыту продукции:

·   на тару;

·   на упаковку;

·   доставку продукции на станцию отправления, ее погрузку;

·   прочие расходы, связанные с реализацией продукции.

Эти расходы составляют 4% от суммы предыдущих статей за вычетом возвратных отходов для проектируемого изделия:

 (грн).

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Калькуляция себестоимости створки

Статьи затрат	Величина затрат, грн	Доля затрат,%
1. Сырье и материалы	175339	70,5
2. Покупные изделия и полуфабрикаты	-
3. Возвратные отходы	17534	7,1
4. Топливо и энергия	-
5. Фонд прямой ЗП производственных рабочих	3863	2,3
6. Фонд дополнительной ЗП производственных рабочих	1545	0,9
7. Начисления на ЗП	2028	1,2
8. РСЭО	4249	2,6
9. Цеховые расходы	6953	1,9
10. Возмещение износа инструментов и приспособлений целевого назначения	579	0,4
11. Расходы на освоение производства новых изделий	11993	7,3
ИТОГО цеховая себестоимость	224383
12. Общезаводские расходы	6953	1,9
13. Расходы на страхование имущества	131	0,1
14. Расходы на медицинское страхование	116	0,1
15. Прочие производственные расходы	386	0,2
ИТОГО заводская себестоимость	7586
16. Внепроизводственные расходы	5864	3,6
ИТОГО полная себестоимость	231969	100

3. Безопасность жизнедеятельности

 

.1 Выявление опасных и вредных факторов в цехе КМ

Цель данного раздела - рассмотреть требования безопасности при работе в цехе композиционных материалов; выявление опасных и вредных факторов в цехе КМ завода.

Согласно ГОСТ 12.0.002-80 «Термины и определения»:

1) фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности, называется вредным производственным фактором.

2) фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному ухудшению здоровья, называется опасным производственным фактором

Наполнители и полимерные связующие применяемые в производстве ПКМ, как правило, относятся к категории вредных, пожароопасных и взрывоопасных веществ. Поэтому, работая с ними, необходимо тщательно соблюдать все специальные инструкции по технике безопасности, охране труда и противопожарным мероприятиям.

Правила техники безопасности распространяются на следующие технологические процессы, связанные с выделением вредных веществ:

- приготовление связующих;

изготовление полуфабрикатов - препрегов;

выкладка препрегов;

формование (автоклавное и воздушное);

механическая обработка;

контроль материалов.

Вышеперечисленные технологические процессы производятся на специально отведенных участках в цехе.

Непосредственно, при производстве деталей из КМ, выполняется ряд работ, которые в определенных условиях могут привести к возникновению вредных и опасных производственных факторов. Рассмотрим некоторые из них.

 

.2 Освещение помещений

Освещение в цехе предусматривается естественное и искусственное. Наиболее благоприятным является естественное.

Искусственное освещение должно обеспечивать достаточную освещенность в соответствии с установленными нормами. При этом должны выполняться следующие условия: отсутствие резких теней на рабочее место, постоянство освещенности рабочих мест, необходима регулярная очистка светильников. Светильники стационарного местного освещения должны питаться электрическим током напряжением не более 42 В.

Аварийное освещение для эвакуации людей из помещения должно обеспечивать освещенность на полу основных проходов и на ступеньках лестниц.

3.3 Пожарная безопасность

Все взрывоопасные помещения площадью 500 м² и более должны быть оборудованы автоматическими системами пожаротушения.

Во взрывоопасных помещениях площадью менее 500 м² предусмотреть пожарную сигнализацию и первичные средства пожаротушения.

В цехе должно быть предусмотрено следующее противопожарное оборудование: щиты с набором необходимого пожарного оборудования (инвентаря), на каждые 600 м² производственной площади два огнетушителя ОХП-8.

Оборудование для изготовления препрегов (пропиточные машины) оборудовано системой пожаротушения, реагирующей на предельное повышение температуры в сушильных камерах. Хранение ЛВЖ осуществлять в специальных кладовых с суточным запасом хранения.

 

.4 Защита от статического электричества

Данный цех относится к классу помещений с повышенной опасностью поражения статическим электричеством, так как в помещение возможно образование токопроводящей технологической пыли, поэтому все оборудование должно быть заземлено.

Для предотвращения образования статического электричества предусмотреть устройство электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок, заземление ручек дверей, поручней лестниц и рукояток приборов.

Во избежание образования статического электричества в процессе обезжиривания арматуры предусмотреть введение в бензин антистатической противоизносной присадки типа "Сигбол".

3.5 Техника безопасности и охрана труда

Для обеспечения безопасности и охраны труда необходимо соблюдать организационные и технические мероприятия, предотвращение воздействия на рабочих опасных и вредных факторов, в соответствии с нормативными документами.

Ниже рассмотрены положения ТБ.

Общие требования:

1. Мероприятия по технике безопасности должны базироваться на основании требований "Положения о разработке инструкций по охране труда", утвержденного приказом Госнадзорохрантруда Украины N 9 от 29.01.98 года в целях обеспечения безопасных условий труда при выполнении работ по изготовлению деталей из композиционных материалов.

2. При проведении технологического процесса могут возникнуть опасные производственные факторы: загазованность и запыленность воздуха рабочей зоны, повышенная температура поверхности оборудования, возникновение статического электричества.

3.       К работе с композиционными материалами допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, изучившие инструкцию по технике безопасности, прошедшие инструктаж по охране труда, аттестованные и имеющие удостоверение на право работы. Повторный инструктаж проводится не реже 1 раза в квартал.

4.       Все работающие с композиционными материалами, должны быть обеспечены спецодеждой, спецобувью и индивидуальными защитными средствами: халат или комбинезон, платок или берет, перчатки х/б резиновые, очки с плотно прилегающей к лицу оправой, респиратор ПРБ-5 или ПРБ-5МП или "Лепесток".

5.       Производственные помещения в которых изготавливаются детали из композиционных материалов, должны быть оборудованы обменной приточно-вытяжной вентиляцией, обеспечивающей 6-ти кратный обмен воздуха в час. Рабочие столы оборудованы местными бортотсосами.

6.       Клеи, связующие и растворители хранить в герметически закрытых емкостях из цветного металла, с нанесенной на них информацией, в количествах, не превышающих суточного запаса.

7.       В производственных помещениях дважды за смену производить влажную уборку.

8.       В помещении, где изготавливаются детали из композиционных материалов, не производить сварочных работ, не пользоваться открытым огнем, не загромождать проходы к пожарному инвентарю.

9.       В случае получения травмы, необходимо немедленно сообщить мастеру или руководителю подразделения, сохранить обстановку места происшествия несчастного случая, если это не угрожает жизни и здоровью рядом работающим и обязательно обратиться в МСЧ для оказания первой медицинской помощи и регистрации данного несчастного случая в течении рабочей смены.

10. В случае появления работника на рабочем месте в стадии алкогольного или наркотического опьянения, администрация не допускает его к работе, направляет его в наркологический кабинет или составляет соответствующий акт. Администрация имеет право уволить работника с предприятия за появление на работе в стадии опьянения, согласно статьи 40 п. 7 КЗОТ Украины.

. Работник обязан:

- знать и выполнять требования нормативных актов об охране труда, правила обращения с машинами, механизмами, оборудованием и другими средствами производства, применительно к данной профессии, пользоваться средствами коллективной и индивидуальной защиты:

- соблюдать обязанности по охране труда, предусмотренные коллективным договором и правилами внутреннего трудового распорядка предприятия (ст. 18 Закона Украины "Об охране труда ").

12. За нарушение законодательства и других нормативных актов об охране труда, создание препятствий для деятельности должностных лиц органов государственного надзора и представителей профсоюзов виновные работники привлекаются к дисциплинарной, административно материальной и уголовной ответственности согласно законодательству (ст.49 Закона Украины "Об охране труда ")

Требования безопасности перед началом работы:

Одеть и привести в порядок спецодежду и средства защиты, полученные согласно отраслевым нормам индивидуальной защиты.

Проверить наличие и исправность заземления оборудован и оснастки.

Включить в помещении приточно-вытяжную вентиляцию.

Подготовить необходимый исправный инструмент для работы: сапожный нож для раскроя препрегов с исправной ручкой и чехлом.

При обнаружении каких-либо неисправностей сообщить мастеру и к работе не приступать до их устранения.

Требования безопасности во время работы:

1. Выполнять только ту работу, которая поручена мастером или администрацией цеха.

2. Все работы по изготовлению деталей из полимерных компози ционных материалов и их механобработку производить под вытяжкой или с использованием пылесоса.

3. Очистку поверхности оснастки и оборудования от натеков связующего и клеев производить инструментом, изготовленным из материалов не образующих искр при ударе.

4. Не допускать попадания смол и растворителей на кожу рук, лица и в глаза. Попавший на кожу клей, связующее, растворитель необходимо срочно удалить мягким ватным тампоном, после чего вымыть руки горячей водой с мылом и смазать мазью на основе ланолина или вазелина. Не разрешается мыть руки органическими растворителями.

5. Не хранить пищу, личные вещи на участке. Не принимать пищу на рабочих местах.

6. Не загромождать рабочее место и подходы к нему. Отходы стеклоткани, углеленты, борного волокна, гибридных тканей, использованные х/б салфетки складывать в емкости с крышкой, в конце смены емкости вывезти из помещения.

Требования безопасности по окончании работы:

1. Привести в порядок рабочее место, инструмент.

2. Остатки ЛВЖ вынести в отведенное для хранения место.

3. Снять спецодежду и средства защиты, убрать их в индивидуальный шкаф.

4. Выключить вентиляцию.

5. О замеченных неисправностях доложить мастеру.

6. Вымыть лицо и руки теплой водой с мылом или принять душ.

Требования безопасности при аварийных ситуациях:

. При возникновении пожароопасной ситуации позвонить в пожарную часть, принять меры к тушению пожара имеющимися на участке противопожарными средствами, сообщить администрации.

. В случае травмирования сообщить мастеру, обратиться в МСЧ.

3.6 Охрана окружающей среды

Исходя из всего выше сказанного, производство композиционных материалов, является достаточно вредным и может нанести большой урон окружающей среде. Во избежание этого на территории завода обязательно должен быть предусмотрен цех утилизации отходов, куда будут отправляться все отходы производства (загрязненное связующее, спирто-ацетоновая смесь, целофан, х/б салфетки, остатки ткани от вакуумных мешков и другие отходы). Часть отходов может быть использована для производства предметов народного потребления, а для неиспользованных отходов должна быть разработана технология обезвреживания их.

В процессе производства ПКМ в воздух помещений выделяется пыль стеклопластика, при мокрой уборке полов, пыль волокон может попасть в воду. Для защиты водоемов и почвы от загрязнения сточными водами в корпусе предусмотрена оборотная система водоснабжения, которая позволяет сократить потребление воды на производственные нужды.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Руководство по технической эксплуатации. (ВТА) РЭ-052 АН-124.

2.       Руководящие технические материалы для конструкторов РТМ-82.

.        Александров А.Я., Брюккер Л.Э., Куршин Л.М., Прусаков А.П., Расчет трехслойных панелей. - М: Оборонгиз, 1960.

.        Справочник. Прочность. Устойчивость. Колебания. Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. - т. 2 М., Машиностроение, 1968.

.        Рычков С.П. Моделирование конструкций в среде MSC.visual NASTRAN для Windows. - М.: НТ Пресс, 2004.

.        Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. - М.: ДМК Пресс, 2003.

.        Композиционные материалы. Анализ и проектирование конструкций. Часть 2. Под ред. К. Чамиса. - М.: Машиностроение, 1978.

.        Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1988.

.        Шеремет А.Д., Сайфулин Р.С. Финансы предприятия. - М.: Инфра, 1997.

Гайдачук А.В., Сидоренкова М.А. Технология производства изделий из полимерных композиционных материалов: Учебн. пособие - Харьков, “ХАИ”, 1998.

10. Гайдачук В.Е. Гречка В.Д. Кобрин В.Н. Молодцов Г.А. Технология производства летательных аппаратов из композиционных материалов: Харьков, “ХАИ”, 1991.