Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?алостной прочности лопаток компрессора
Существует методика оценки снижения усталостной прочности лопаток [17], которая предполагает, что любое повреждение представляет собой концентратор напряжений, приводящий к снижению усталостной прочности лопатки. "ияние повреждений на усталостную прочность лопаток обычно оценивается эффективным коэффициентом концентрации K?, (1.8).
Эффективный коэффициент концентрации , традиционно применяемый для оценки снижения усталостной прочности лопаток, зависит от двух основных факторов:
форма и размер концентратора, определяющие теоретический (геометрический) коэффициент концентрации ;
свойства материала, определяющие его чувствительность к концентрации напряжений.
Его определение для различных форм и размеров повреждений связано с проведением трудоемких испытаний по определению пределов выносливости натурных лопаток с концентраторами различной формы.
Для оценки чувствительности материала к концентрации напряжений обычно используют коэффициент чувствительности к концентрации напряжений:
. (1.11)
Этот коэффициент зависит не только от марки материала, но и от технологии изготовления и термообработки лопатки.
Для оценки снижения усталостной прочности лопаток при минимальном объеме усталостных испытаний может быть использован расчетно-экспериментальный метод, основанный на использовании коэффициента чувствительности к концентрации [16]. Этот метод оценки снижения усталостной прочности состоит из нескольких основных этапов.
Сначала, по результатам усталостных испытаний натурных лопаток без надреза и лопаток с V-образным надрезом определяются эффективные коэффициенты концентрации напряжений . Далее расчетным путем с помощью метода конечных элементов для лопаток с этим V-образным надрезом определяются теоретические коэффициенты концентрации . В соответствии с соотношением (1.11) определяется коэффициент чувствительности к концентрации напряжений . Таким образом, может быть получена зависимость .
На следующем этапе для дефекта любой интересующей формы расчетным путем определяется теоретический коэффициент концентрации . Затем для данного дефекта по полученному из (1.11) соотношению, располагая данными об и , определяется эффективный коэффициент концентрации напряжений :
. (1.12)
Схема предложенной расчетно-экспериментальной методики определения эффективных коэффициентов концентрации приведена на рисунке 2.
Рис.2 Методика оценки эффективного коэффициента концентрации напряжений Данный метод позволяет снизить количество испытаний на натурных лопатках, необходимых для оценки снижения усталостной прочности, а значит значительно снизить затраты на контроль за появлением повреждений.
1.3 "ияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на усталостную прочность лопаток при попадании посторонних предметов
Влияние, обусловленной повреждениями, концентрации напряжений на усталостную прочность лопаток оценивается эффективным коэффициентом концентрации .
Величина зависит как от формы и размеров концентратора, которые определяют теоретический (геометрический) коэффициент концентрации , так и от свойств материала. Для титановых сплавов величина K? имеет значительное рассеяние в связи с влиянием термообработки, технологии изготовления и упрочнения лопаток даже для одной и той же марки сплава.
Значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений лежат в пределах = 1тАж4 для V-образных надрезов в стальных и титановых лопатках и достигают = 6 для повреждений в виде трещин [12]. С увеличением величина увеличивается, стабилизируясь при h > 2 на значениях от = 2,5 для сталей до = 4 для титановых сплавов [18].
В работах [3, 5-7, 9, 11-13, 19, 22,23] показано, что для титановых сплавов имеет значительное рассеяние в связи с влиянием термообработки, технологии изготовления и упрочнения лопаток даже для одной и той же марки сплава.
Влияние различных факторов на учитывают, используя коэффициент чувствительности к концентрации напряжений q (1.11) [1].
Этот параметр зависит не только от марки и термообработки материала, но и от теоретического коэффициента концентрации - для концентраторов с большими чувствительность к концентрации ниже [1]. Ниже приведено эмпирическое соотношение для коэффициента чувствительности к концентрации напряжений [2]:
, (1.13)
где и a - постоянные материала; для жаропрочных сталей аустенитного класса q0 = 0,3тАж0,6, а = 0,1тАж0,3, для титановых сплавов q0 = 0,8тАж1,1,
а = 0,1тАж0,3. Это соотношение дает трехкратный разброс значений q для сталей аустенитного класса, его применение для практических расчетов по оценке снижения усталостной прочности поврежденных лопаток не представляется возможным.
Выводы по главе 1. Задачи исследования
Методика обеспечения усталостной прочности в целом разработана, появление дефекта учитывается коэффициентом запаса.
Методология обеспечения усталостной прочности на основании определения коэффициента запаса динамической прочности позволяет учесть множество случайных факторов, однако, не учитывает такой фактор как повреждение посторонним предметом лопатки двигателя. Прогнозирование прочности лопатки при повреждении ее посторонним предметом необходимо анализировать отдельно.
Для оценки снижения усталостной прочности при ППП традиционно применяется эффективный коэфф?/p>