Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
на 6 %.
Характер распределения напряжений по сечению лопатки соответствует теоретическим представлениям при деформациях растяжения. В лопатке с V-образным надрезом поле напряжений в его вершине близко к одноосному. В зоне концентрации напряжений имеет место значительный градиент напряжений.
Полученные результаты по определению теоретических коэффициентов концентрации напряжений при растягивающей нагрузке от центробежных сил подтверждают соотношение (1. 19), полученное для изгибающей нагрузки. Отклонение от этого соотношения для всех, рассчитанных методом конечных элементов, теоретических коэффициентов концентрации для отношения h/? в диапазоне 0,28тАж16,0 не превышает 10%.
Поскольку соотношение (1.19) получено для широкого круга типоразмеров лопаток и широкого диапазона отношений h/?, его можно рекомендовать для оценки теоретических коэффициентов концентрации в лопатках компрессора с повреждениями- концентраторами различной формы на входной кромке.
4. Концентрация напряжений в лопатке с трещиной
Наряду с традиционными методами, одним из путей повышения надежности лопаток должно быть обеспечение живучести, под которой понимается сохранение работоспособности при появлении дефекта. Обеспечение живучести, сопротивления развитию трещин должно опираться на понимание закономерностей развития трещин в лопатках с учетом специфики их конструкции, технологических и эксплуатационных факторов, знание характеристик их трещиностойкости.
С точки зрения кинетики усталостной трещины неважно, что явилось причиной ее появления.
В соответствии линейной механикой разрушения кинетика трещины определяет напряженное состояние в ее вершине, которое характеризуется коэффициентом интенсивности напряжений (КИН). Ниже приведен анализ напряженного состояния лопатки с трещиной и определены КИН.
4.1 Объект исследования
Исследования проводились на лопатках пятой ступени компрессора высокого давления. Лопатки с замком типа "ласточкин хвост" имеют переменный по длине слабо закрученный профиль. Допуски на размеры профильной части составляют 0,1 мм. Хорда профиля неизменна по высоте и составляет 26 мм, относительная высота профильной части 2,42, относительная толщина профиля в корневом сечении 0,099, толщина входной кромки hвх = 0,72 мм, выходной - 0, 4 мм. Механические свойства исследованных лопаток приведены в таблице 8.
Таблица 8 - Механические свойства материалов исследованных лопаток
МатериалВТ8МПлотность, кг/м34481Модуль упругости, Па1,2тАв1011Рабочая температура, Сдо 550Предел прочности, МПа1200Предел выносливости, МПа ()530Пороговое значение КИН, 20,492
Пороговый коэффициент интенсивности напряжений определен экспериментально [14].
Нагружение лопатки имитировалось приложением сосредоточенной силы Р в центре тяжести периферийного сечения в направлении, перпендикулярном оси наименьшей жесткости в сторону спинки (Рис. 9а), т. е. лопатка испытывала напряжения изгиба.
Форма и положение фронта трещины определены экспериментально [15] и считаются известными. Положение фронта трещины характеризуется длиной трещины - расстояние от входной кромки до фронта со стороны корыта (Рис. 18).
Рис. 18 Положение фронта трещины
В данной работе рассмотрены лопатки с трещинами длиной 1, 2и 4 мм.
Задачами данного исследования является определение коэффициентов интенсивности напряжений для лопаток с трещинами, оценка снижения усталостной прочности лопаток с трещинами с помощью эффективного коэффициента концентрации напряжений.
4.2 Выбор метода исследования
Классические методы расчета на прочность конструкций основываются на предположении, что в материале в течение всего времени работы отсутствуют макроскопические дефекты. Большинство практических задач обеспечения прочности успешно решаются в рамках таких представлений. К проблемам, для решения которых такой подход недостаточен, относится обеспечение безопасности конструкции при наличии дефектов, эксплуатационной живучести.
Дефекты в материале могут возникнуть как в процессе эксплуатации, так и при производстве детали. В первом случае дефекты возникают вследствие развития процессов накопления повреждений или возникновения случайных нештатных ситуаций (например, попадания посторонних предметов в газовоздушный тракт авиационного двигателя). Во втором случае производственные дефекты могут быть пропущены при технологическом контроле изделия.
Для решения этого класса задач необходимо рассматривать разрушение как процесс, развивающийся во времени. Заключительной стадией разрушения является рост макроскопической трещины вне зависимости от того, по какой причине она появилась: при изготовлении детали или при ее эксплуатации. Эта стадия заканчивается собственно разрушением - разделением тела на части. Продолжительность ее зависит от характера изменения во времени действующих нагрузок, структуры материала, температуры, размеров исходных дефектов. В частности, при циклическом нагружении детали стадия развития трещины часто составляет значительную долю общего времени жизни детали и определяет ее живучесть. Процессы развития трещин изучает механика разрушения.
Механика разрушения рассматривает не возникновение, а развитие трещин, не вдаваясь в конкретный физический механизм разрушения. Одно из ее основных исходных положений состоит в том, что в материале имеется одна или несколько макрос?/p>