Skin surface extrusion/intrusion structure as an indicator of aging aircraft fatigue

Abstract

A new method for fatigue damage detection is proposed. The new method extends earlier proposed and verified approach for fatigue damage assessment based on the quantitative analysis of surface deformation relief on aluminium and some of its alloys. It will be shown that the fundamental property of hidden persistent slip bands to be revealed after secondary cyclical loading can be used for the fatigue analysis of aging aircraft.

В статті розглядається новий підхід до визначення накопиченого втомного пошкодження конструкцій літаків, які мають значний наліт і потребують оцінки фактичного залишкового ресурсу. В якості показника накопиченого втомного пошкодження розглядається насиченість деформаційного рельєфу поверхні обшивки літака, виготовленої з плакованих алюмінієвих сплавів. Деформаційний рельєф є сукупністю екструзій, інтрузій та стійких смуг ковзання, які формуються і розвиваються в процесі циклічного навантажування. Можливість кількісної оцінки деформаційного рельєфу доведена в попередніх роботах авторів. Проблемним моментом раніше запропонованого методу була необхідність моніторингу стану поверхні від самого початку експлуатації літака, тому що деформаційний рельєф виявлявся тільки на попередньо підготовлених поліруванням ділянках поверхні і відображав пошкодження, накопичене за період моніторингу. Це обмежувало можливості оцінки стану елементів конструкції старіючого парку літаків. В основі нового методу лежить фундаментальна властивість смуг ковзання – їх стійкість, тобто здібність повторно виходити на поверхню після полірування поверхні і циклічного навантажування. Актуальність методу підтверджена результатами статистичного дослідження, яке показало, що в теперішній час в світі не використовується більше 2000 літаків старіючого парку літаків. Враховуючі велику кількість літаків, експлуатація яких припинена в зв’язку з невизначеністю фактичного залишкового ресурсу, новий метод має значне практичне значення. В статті наведено дані про природу деформаційного рельєфу поверхні, показано, що екструзії, інтрузії та смуги ковзання можна спостерігати на поверхні плакованих конструкційних алюмінієвих сплавів засобами оптичної мікроскопії, наведено дані про еволюцію насиченості деформаційного рельєфу поверхні. Представлено результати оригінальних експериментів, які вказують на можливість виявлення стійких смуг ковзання на обшивці літаків зі значним напрацюванням і кількісної оцінки накопиченого втомного пошкодження.