При проектировании с учетом безопасного срока службы изделия предполагают вывод из эксплуатации по истечении определенного расчетного срока службы .
Safe-life особенно актуален для простых металлических самолетов, где компоненты планера подвергаются переменным нагрузкам в течение срока службы самолета, что делает их восприимчивыми к усталости металла . В определенных областях, таких как крылья или хвостовые части, разрушение конструкции в полете может быть катастрофическим. [1]
Метод проектирования безопасной жизни применяется в критических системах, которые либо очень трудно ремонтировать, либо отказ которых может нанести серьезный ущерб жизни и имуществу. Эти системы рассчитаны на многолетнюю работу без необходимости в каком-либо ремонте.
Недостатком философии проектирования с безопасным сроком службы является то, что необходимо делать серьезные предположения относительно переменных нагрузок, возлагаемых на самолет, поэтому, если эти предположения окажутся неточными, трещины могут начаться до того, как компонент будет выведен из эксплуатации. Чтобы противостоять этому недостатку, были разработаны альтернативные философии проектирования , такие как отказоустойчивое проектирование и отказоустойчивое проектирование .
Одним из способов подхода к безопасному сроку службы является планирование и обеспечение прочности механизмов в автомобильной промышленности. Когда повторяющиеся нагрузки на механические конструкции усилились с появлением парового двигателя, еще в середине 1800-х годов, этот подход был установлен (Oja 2013). По словам Майкла Оджи, «инженеры и ученые начали понимать влияние циклического напряжения (или деформации) на срок службы компонента; была разработана кривая, связывающая величину циклического напряжения (S) с логарифмом числа циклов до отказа (N)» (Oja 2013). Кривая SN , поскольку фундаментальное отношение находится в конструкциях безопасного срока службы. Кривая зависит от многих условий, включая отношение максимальной нагрузки к минимальной нагрузке (R-ratio), тип проверяемого материала и регулярность, с которой применяются циклические напряжения (или деформации). Сегодня эта кривая по-прежнему имеет значение при экспериментальном тестировании лабораторных образцов при многих уровнях непрерывной циклической нагрузки и определении количества циклов до отказа (Oja 2013). Майкл Оджа утверждает, что «неудивительно, что по мере уменьшения нагрузки срок службы образца увеличивается» (Oja 2013). Практический предел экспериментальных задач был обусловлен ограничениями частоты испытательных машин с гидравлическим приводом. Нагрузка, при которой происходит эта многоцикловая жизнь, стала признана усталостным активом материала (Oja 2013).
Существует два общих типа конструкции самолета: безопасная жизнь и отказоустойчивая. Первая имеет низкую остаточную прочность, если основной несущий элемент выходит из строя, тогда как вторая имеет альтернативные пути нагрузки, так что если основной несущий элемент трескается, остаточная прочность сохраняется, поскольку нагрузки могут быть приняты на себя соседними элементами. В современных самолетах предусмотрены отказоустойчивые конструкции с тремя альтернативными путями нагрузки, но еще в 1947 году основной несущей конструкцией была безопасная жизнь. Это не имело значения для временного планера, разработанного для полетов в спокойном верхнем воздухе, но на высоте около 500 футов нагрузки и напряжения были более изменчивыми.
Философия проектирования безопасного срока службы применяется ко всем конструкциям вертолетов. [2] В нынешнем поколении армейских вертолетов, таких как UH-60 Black Hawk , композитные материалы составляют до 17 процентов веса планера и ротора (Реддик). Гарольд Реддик утверждает, что «С появлением крупных проектов НИОКР по композитным конструкциям вертолетов, таких как Программа усовершенствованного композитного каркаса (ACAP), и проектов производственных методов и технологий (MM&T), таких как Программа недорогих композитных лопастей UH-60, предполагается, что в течение нескольких лет композитные материалы могут применяться для 80% веса планера и ротора вертолета в производственной программе» (Реддик). Наряду с этим применением, важным обязательством является индустриализация надежных, окончательных критериев проектирования, чтобы композитные конструкции имели высокий усталостный ресурс для экономии владения и хорошую устойчивость к повреждениям для безопасности полета. Критерии безопасного срока службы и устойчивости к повреждениям применимы ко всем критически важным компонентам полета вертолета (Реддик).