Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?и без оценки снижения усталостной прочности вследствие возможного ее повреждения посторонним предметом недостаточно.
1.1Концентрация напряжений в лопатках
Концентрация напряжений - местное повышение напряжений в элементах конструкции, обусловленное резкими переходами в поперечных сечениях, связанных с наличием отверстий, выкружек, канавок, надрезов и т.п., называемых концентраторами. Выточки, отверстия и т. п. являются в данном случае концентраторами напряжений.
На Рис. 1 показаны графики распределения напряжений в сечении растягиваемой полосы, ослабленной полукруглыми выкружками, напряжения в сечении 1-1 распределены равномерно, а в сечении 2-2 - неравномерно, увеличиваясь по мере приближения к краю выточек.
Рис.1. К определению концентрации напряжений
Степень концентрации напряжений характеризуется коэффициентом концентрации
, (1.3)
где - максимальные напряжения в месте концентрации, - номинальные напряжения, определяемое по формуле
, (1.4)
где - нормальная сила в ослабленном сечении, - площадь ослабленного сечения.
Иногда номинальные напряжения определяют по формуле
, (1.5)
где - площадь сплошного сечения без учета ослабления ее наличием концентратора (площадь брутто).
При концентраторах, занимающих незначительную часть сечения, номинальные напряжения, определяемые по формулам (1.4) и (1.5), будут практически одинаковыми.
При определении максимальных напряжений в зоне концентратора расчетным путем коэффициент концентрации, вычисленный по формуле (1.3), называется теоретическим коэффициентом концентрации. В действительности коэффициент концентрации реальных элементов конструкции, так называемый эффективный коэффициент концентрации , определяемый экспериментально, оказывается меньше теоретического (>). Обычно расчеты на прочность с учетом концентрации напряжений проводят на основании знаний величин теоретических коэффициентов концентрации.
При кручении максимальные напряжения в зоне концентраторов можно найти по формуле
, (1.6)
где - номинальное напряжение, вычисленное методами сопротивления материалов; - коэффициент, показывающий, во сколько раз возрастает номинальное напряжение в месте концентратора (теоретический коэффициент концентрации). Коэффициент определяется методами теории упругости или экспериментально.
При растяжении также возникает концентрация напряжений в местах резкого изменения размеров или формы поперечного сечения, влияние концентрации оценивается коэффициентом концентрации
. (1.7)
Концентрация напряжений оказывает большое влияние на усталостную прочность, при этом используют эффективный (действительный) коэффициент концентрации К [18]
, (1.8)
где и - пределы выносливости, полученные при действительных циклических нормальных и касательных напряжений на гладких образцах; и - пределы выносливости образцов с концентраторами напряжений.
Важная особенность явления концентрации состоит в том, что одновременно с резким повышением напряжений вблизи концентратора даже при исходном одноосном состоянии возникает сложное (плоское или объемное) неоднородное напряженное состояние, влияющее на развитие пластических деформаций и трещин разрушения. Таким образом, несущая способность элементов конструкции определяется напряженным состоянием и условиями прочности в местах концентрации, т.к. там раньше наступает предельное состояние и разрушение.
Практически удобнее определять эффективный коэффициент концентрации через коэффициент чувствительности материала [1]
. (1.9)
Если материал не чувствителен к концентрации напряжений, то и ; если материал весьма чувствителен к концентрации напряжений, то и . Коэффициент чувствительности к концентрации напряжений зависит от свойств материала, теоретического коэффициента концентрации напряжений, технологии, термической обработки, изготовления и размеров исследуемого образца и от уровня напряжений, при котором проводятся испытания. Исследования [1] показывают, что с увеличением теоретического коэффициента концентрации напряжений чувствительность к концентрации напряжений падает для всех классов материалов, а с увеличением размеров образцов чувствительность к концентрации напряжений увеличивается. Низкую чувствительность к концентрации напряжений имеют сплавы с неоднородной структурой, так как в таких материалах имеется большое количество дефектов типа включений, микротрещин и т.п., которые настолько снижают предел выносливости, что нанесение на образцы дополнительных концентраторов не оказывает заметного влияния на предел выносливости. Существенное влияние на чувствительность к концентрации напряжений оказывает среда: влияние концентрации напряжений уменьшается с увеличением агрессивности среды. Это объясняется тем, что при коррозионном воздействии уже в гладких образцах появляется много коррозионных трещин и добавление к ним концентраторов не меняет ситуацию.
Имеются предположения, что, определив в процессе эксперимента коэффициент чувствительности для различных условий (материал лопатки, вид концентратора и т.д.), можно предсказывать значения эффективного коэффициента концентрации , определяя расчетным путем теоретический коэффициент, и используя формулу (1.10)
. (1.10)
1.2 Методология обеспечения ус?/p>