omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-190-29-36YKAJRAomna-199Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGПроблема оценки выносливости элементов корпуса низколетящих орбитальных объектовThe problem of assessing endurance of hull elements of low-flying orbital objectshttps://orcid.org/0000-0002-9481-5985ЛеснякИ. Ю.LesnyakI. Yu.

Лесняк Иван Юрьевич, кандидат технических наук, и. о. заведующего, доцент кафедры «Машиноведение»

ResearcherID: E-6397-2014

г. Омск 

Lesnyak Ivan Yurievich, Candidate of Technical Sciences, Acting Head, Associate Professor of Mechanical Engineering Department

ResearcherID: E-6397-2014

Omsk 

СоколовскийЗ. Н.SokolovskyZ. N.

Соколовский Зиновий Наумович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиноведение

AuthorID (РИНЦ): 864068

г. Омск 

Sokolovsky Zinoviy Naumovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of Mechanical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 864068

Omsk 

https://orcid.org/0009-0006-4530-4739ФёдороваМ. А.FedorovaM. A.

Фёдорова Мария Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машиноведение»

AuthorID (РИНЦ): 984405

г. Омск 

Fedorova Maria Aleksandrovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Mechanical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 984405

Omsk 

https://orcid.org/0009-0006-8316-3068ГавриленкоС. В.GavrilenkoS. V.

Гавриленко Сергей Вячеславович, аспирант, ассистент кафедры «Машиноведение»

г. Омск 

Gavrilenko Sergey Vyacheslavovich, Graduate Student, Assistant of Mechanical Engineering Department

Omsk 

serg11-1999@mail.ruКазаковА. Ю.KazakovA. Yu.

Казаков Александр Юрьевич, старший преподаватель кафедры «Машиноведение»

г. Омск 

Kazakov Alexander Yurievich, Senior Lecturer of Mechanical Engineering Department

Omsk 

КоноваловВ. Е.KonovalovV. E.

Коновалов Владимир Евгеньевич, старший преподаватель кафедры «Машиноведение»

AuthorID (РИНЦ): 749994 

г. Омск 

Konovalov Vladimir Evgenyevich, Senior Lecturer of Mechanical Engineering Department

AuthorID (RSCI): 749994 

Omsk 

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation2024300620241022936Copyright © Лесняк И.Ю., Соколовский З.Н., Фёдорова М.А., Гавриленко С.В., Казаков А.Ю., Коновалов В.Е., 20242024Лесняк И.Ю., Соколовский З.Н., Фёдорова М.А., Гавриленко С.В., Казаков А.Ю., Коновалов В.Е.Lesnyak I.Y., Sokolovsky Z.N., Fedorova M.A., Gavrilenko S.V., Kazakov A.Y., Konovalov V.E.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/199

В работе анализируется вопрос расчета выносливости корпуса низколетящих орбитальных объектов от циклической температурной знакопеременной деформации за пределами закона Гука. Констатируется практическое отсутствие методики прямого расчета. Предлагается косвенный расчет на базе имеющихся экспериментальных данных по механическим испытаниям образцов с параметром «напряжение» и алгоритм перехода от фактических деформаций к эквивалентным напряжениям. Методика расчета базируется на использовании существующей экспериментальной кривой усталости при симметричном цикле изгиба, результатах статических испытаний на растяжение при экстремальных температурах цикла и обобщении известной информации о закономерностях изменения параметров выносливости рассматриваемого материала применительно к условиям циклической температурной знакопеременной деформации циклической температурной знакопеременной деформации. Адекватность методики проверяется на примере разгерметизации корпуса орбитального модуля «Заря» международной космической станции, изготовленного из сплава AMг6 после ≈120000 циклов знакопеременного температурного нагружения. Отличие расчетной и фактической выносливости сплава АМг6 находится в пределах естественного разброса в 20 % при испытаниях на усталость.

The paper analyzes the issue of calculating the endurance of the body of lowflying orbital objects from cyclic temperature alternating deformation beyond the limits of Hooke's law. The practical absence of direct calculation methods is stated. An indirect calculation is proposed on the basis of available experimental data on mechanical tests of samples with the «stress» parameter and an algorithm for transition from actual deformations to equivalent stresses. The calculation method is based on the use of the existing experimental fatigue curve under a symmetrical bending cycle, the results of static tensile tests at extreme cycle temperatures, and a generalization of known information about the patterns of changes in the endurance parameters of the material under consideration in relation to the conditions of cyclic temperature alternating deformation. The adequacy of the methodology is verified using the example of depressurization of the housing of the Zarya orbital module of the international space station, made of AMg6 alloy after ≈120,000 cycles of alternating temperature loading. The difference between the calculated and actual endurance of the AMg6 alloy is within the natural range of 20 % during fatigue testing.

оценка выносливостицикл температурдеформациятрещинынагружениеendurance assessmenttemperature cycledeformationcracksloadingРабота выполнена в рамках соглашения № 23101В от 23.06.2023 г. по гранту «Приоритет-2030».The work is performed under agreement No. 23101B dated 23.06.2023 under the grant «Priority-2030».ReferencesЛесняк И. Ю., Соколовский З. Н., Гавриленко С. В. Анализ выносливости конструкций в условиях циклических температурных нагружений // Омский научный вестник. 2021. № 6 (180). С. 16–20. DOI: 10.25206/1813-8225-2021-180-16-20. EDN: OZKKMV.Lesnyak I. Yu., Sokolovskiy Z. N., Gavrilenko S. V. Analiz vynoslivosti konstruktsiy v usloviyakh tsiklicheskikh temperaturnykh nagruzheniy [The analysis of structural fatigue under cyclic temperature loads] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2021. No. 6 (180). P. 16–20. DOI: 10.25206/1813-8225-2021-180-16-20. EDN: OZKKMV. (In Russ.).Лесняк И. Ю., Соколовский З. Н., Гавриленко С. В. Исследование выносливости сплава АМг6 при циклическом объемном температурном деформировании // Омский научный вестник. 2022. № 4 (184). С. 30–35. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-184-30-35.Lesnyak I. Yu., Sokolovskiy Z. N., Gavrilenko S. V. Issledovaniyye vynoslivosti splava AMg6 pri tsiklicheskom ob”yyemnom temperaturnom deformirovanii [Investigation of endurance of AMg6 alloy under cyclic volumetric thermal deformation] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2022. No. 4 (184). P. 30–35. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-184-30-35. (In Russ.).Салахутдинов Г. М. Тепловая защита в космической технике. Москва: Знание, 1982. 64 с.Salakhutdinov G. M. Teplovaya zashchita v kosmicheskoy tekhnike [Thermal protection in space technology]. Moscow, 1982. 64 p. (In Russ.).Ерпалов А. В., Шефер Л. А., Рихтер Е. Е. [и др.]. Усталостные испытания материалов и конструкций с использованием современного оборудования // Контроль и испытания. 2015. Т. 15, № 2. С. 70–80. EDN: TLJIEN.Erpalov A. V., Shefer L. A., Rikhter E. E., Taranenko P. A. [et al.]. Ustalostnyye ispytaniya materialov i konstruktsiy s ispol’zovaniyem sovremennogo oborudovaniya [Fatigue tests of materials and structures using modern equipment] // Kontrol’ i ispytaniya. Control and Testing. 2015. Vol. 15, no. 2. P. 70–80. (In Russ.).Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. [и др.]. Физические величины: справ. Москва: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с. ISBN 5-283-04013-5.Babichev A. P., Babushkina N. A., Bratkovskiy A. M. [et al.]. Fizicheskiyye velichiny: sprav. [Physical quantities: handbook]. Moscow, 1991. 1232 p. ISBN 5-283-04013-5. (In Russ.).Потапова Л. Б., Ярцев В. П. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Как прогнозируют предельные напряжения? Москва: Машиностроение–1, 2005. 244 с. ISBN 5-94275-197-8.Potapova L. B., Yartsev V. P. Mekhanika materialov pri slozhnom napryazhennom sostoyanii. Kak prognoziruyut predel’nyye napryazheniya? [Mechanics of materials under complex stress states. How are ultimate stresses predicted?]. Moscow, 2005. 244 p. ISBN 5-94275-197-8. (In Russ.).Федосьев В. И. Сопротивление материалов. 3-е изд. Москва: Наука. 1964. 540 с.Fedos’yev V. I. Soprotivleniye materialov [Strength of materials] 3rd ed. Moscow, 1964. 540 p. (In Russ.).Справочник инженера. URL: https://inzhener-info.ru/razdely/materialy/deformiruemye-alyuminievye-splavy/splavy-alyuminiya-s-magniem-magnalin-svarivaemye/splavalyuminievyj-amg6-s-magniem-magnalij-svarivaemyj.html (дата обращения: 05.11.2023).Spravochnik inzhenera [Engineer’s Handbook]. URL: https://inzhener-info.ru/razdely/materialy/deformiruyemyyealyuminiyevyye-splavy/splavy-alyuminiya-s-magniyem-magnalinsvarivayemyye/splav-alyuminiyevyj-amg6-s-magniyem-magnalijsvarivayemyj.html (accessed: 05.11.2023). (In Russ.).Пономарёв С. Д. [и др.]. Теоретические основы и экспериментальные методы. Расчеты стержневых элементов конструкций при статической нагрузке. В 3 т. Т. 1. Расчеты на прочность в машиностроении. Москва: Машгиз. 1956. 884 с.Ponomarev S. D. [et al.]. Teoreticheskiye osnovy i eksperimental’nyye metody. Raschety sterzhnevykh elementov konstruktsiy pri staticheskoy nagruzke. V 3 t. T. 1. Raschety na prochnost’ v mashinostroyenii [Theoretical foundations and experimental methods. Calculations of rod structural elements under static loading. In 3 vols. Vol. 1. Strength calculations in mechanical engineering]. Moscow, 1956. 884 p. (In Russ.).Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. В 2 т. Т. 1. Элементарная теория и задачи. Москва: Наука. 1965. 364 с.Timoshenko S. P. Soprotivleniye materialov. V 2 t. T. 1. Elementarnaya teoriya i zadachi [Resistance of materials. In 2 vols. Vol. 1. Elementary theory and problems]. Moscow, 1965. 364 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.