Detta kapitel sammanfattar FE-analyserna av den främre klacken i de tre olika utförandena med avseende på statiskt hållfasthet samt utmattning. De statiska hållfasthetsberäkningarna baseras på lastfall J122. Utmattningsberäkningarna baseras på en kombination av spänningsberäkningar vid olika belastningar över hela registret och antalet beräknade G-belastningar under hela livslängden, givna i lastfaktorspektra (se kapitel 5.2).
12.1 Statisk hållfasthet J122
Nedan visas och jämförs resultaten av beräkningarna på de tre olika klackarna med avseende på statiskt dimensionerande lastfall J122.
12.1.1 Svenska klacken
Vid FE-analys av den svenska klacken med lastfall J122 uppstår den största spänningen som tidigare befarat i den inre radien. Maximal beräknad spänning uppgår till 1140MPa.
Sträckgränsen för materialet är 1310MPa och brottgränsen är 1410MPa. Detta ger marginalen 13 % till sträckgränsen och 19% till brottgränsen.
Bild 12.1.1.1. Visar spänningar på svenska klacken med lastfall J122.
12.1.2 Nya amerikanska klacken
Vid FE-analys av den nya amerikanska klacken med lastfall J122 uppstår den största spänningen, även i detta fall, som tidigare i den inre radien. Maximal beräknad spänning uppgår till 1150MPa. Sträckgränsen för materialet är 1220MPa och brottgränsen är 1310MPa.
Denna klack är tillverkad av gjutgods och därför bör även hänsyn tas till defekter i materialet.
Generellt, enligt KTH Formelsamling [2], vid gjutgods av denna typ antas ψ till 0.9. Följden av detta blir att marginalen till sträckgränsen blir -4 % och marginalen till brott 2 %. Det föreligger alltså en risk att materialet i klacken kan komma att plasticseras och därmed erhålla permanent deformation samt förändrade materialegenskaper efter att ha blivit utsatt för lastfall J122.
Bild 12.1.2.1. Visar spänningar på nya amerikanska klacken med lastfall J122.
12.1.3 Gamla amerikanska klacken
Vid FE-analys av den gamla amerikanska klacken med lastfall J122 blir maximal beräknad spänning 1510MPa i den inre radien. Sträckgränsen för materialet är 1220MPa och brottgränsen är 1310MPa. Även denna klack är tillverkad av gjutgods och därför bör hänsyn till defekter i materialet tas på samma sätt som för den nya amerikanska klacken. Detta ger en marginalen -37 % till sträckgränsen och -28 % till brottgränsen. Det är mycket sannolikt att materialet i klacken kommer att plasticseras med efterföljande brott om påfrestningar påförs enligt lastfall J122.
Bild 12.1.3.1. Visar spänningar på gamla amerikanska klacken med lastfall J122.
12.2 Utmattning
Nedan visas och jämförs resultaten av beräkningarna på de tre olika klackarna med avseende på utmattning till följd av G-belastningar under flygning. Samtliga beräkningar, bilder och resultat finns i detaljbeskrivna i bilaga D.
12.2.1 Svenska klacken
Den svenska klacken förefaller ligga utom all risk för utmattning. Maximal spänning i den kritiska inre radien vid den högsta G-belastningen uppgår till 341MPa. För att utmattning skulle ske vid belastning till denna spänning skulle det behövas uppemot 100000 lastväxlingar, det vill säga att 14G uppnås 100000 gånger. Enligt lastfallspektra skall detta ske maximalt cirka 200 gånger under en livslängd. Formfaktorn Kt för klackens geometri är i detta fall beräknad till 2.3 och är tagen hänsyn till i diagrammet nedan. Minsta beräknade spänningsmarginal till utmattning är 59 %.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
100 1000 10000 100000 1000000
Diagram 12.2.1.1. Utmattnings diagram för den svenska klacken.
Den heldragna linjen visar materialets maximalt tillåtna spänning i MPa (Y) med avseende på utmattning i förhållande till antalet cykler (X). Den streckade linjen visar beräknad spänning vid aktuell G-belastning i den inre radien hos klacken i förhållande till det tillåtna antalet cykler vid respektive G-belastning.
12.2.2 Nya amerikanska klacken
Den nya amerikanska förefaller ligga utom all risk för utmattning. Maximal spänning i den kritiska inre radien vid den högsta G-belastningen uppgår till 348 MPa. För att utmattning skulle ske vid belastning till denna spänning skulle det behövas uppemot 100000 lastväxlingar, det vill säga att 14G uppnås 100000 gånger. Enligt lastfallspektra skall detta ske maximalt cirka 200 gånger under en livslängd. Klacken är tillverkad av gjutgods och utmattningskurvan för materialet är därför har därför reducerats med faktorn ψ = 0.9.
Formfaktorn Kt är i detta fall beräknad till 2.3 för klackens geometri och är tagen hänsyn till i diagrammet nedan. Minsta beräknade marginal till utmattning är 54 %. Detta resultat kan dock ej tillskrivas någon större tillförlitlighet då det tidigare i kapitel 11 visats att den nya amerikanska klackens geometri inte överensstämmer med ritningsunderlaget.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
100 1000 10000 100000 1000000 Diagram 12.2.2.1. Utmattnings diagram för den nya amerikanska klacken.
Den heldragna linjen visar materialets maximalt tillåtna spänning i MPa (Y) med avseende på utmattning i förhållande till antalet cykler (X). Den streckade linjen visar beräknad spänning vid aktuell G-belastning i den inre radien hos klacken i förhållande till det tillåtna antalet cykler vid respektive G-belastning.
12.2.3 Gamla amerikanska klacken
Den gamla amerikanska förefaller ligga utom all risk för utmattning. Maximal spänning i den kritiska inre radien vid den högsta G-belastningen uppgår till 501MPa. För att utmattning skulle ske vid belastning till denna spänning skulle det behövas uppemot 8000 lastväxlingar, det vill säga att 14G uppnås 8000 gånger. Enligt lastfallspektra skall detta ske maximalt cirka 200 gånger under en livslängd. Klacken är tillverkad av gjutgods och utmattningskurvan för materialet är därför har därför reducerats med faktorn ψ = 0.9. Formfaktorn Kt är i detta fall beräknad till 3.0 för klackens geometri och är tagen hänsyn till i diagrammet nedan. Minsta beräknade spänningsmarginal till utmattning är 23 %.
0 200 400 600 800 1000 1200
100 1000 10000 100000 1000000
Diagram 12.2.3.1. Utmattnings diagram för den gamla amerikanska klacken.
Den heldragna linjen visar materialets maximalt tillåtna spänning i MPa (Y) med avseende på utmattning i förhållande till antalet cykler (X). Den streckade linjen visar beräknad spänning vid aktuell G-belastning i den inre radien hos klacken i förhållande till det tillåtna antalet cykler vid respektive G-belastning.