Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?циент концентрации , который зависит от вида дефекта. Для нашего исследования выбраны самые неблагоприятные случаи - забоины и трещины.
2.Постановка задачи определения теоретического коэффициента концентрации напряжений в лопатках компрессора
Любое повреждение представляет собой концентратор напряжений, приводящий к снижению усталостной прочности лопатки.
Зависимость концентрации напряжений от геометрических параметров, а также количественное снижение характеристик усталостной прочности лопатки расчетным способом можно оценить при помощи теоретических коэффициентов концентрации напряжений . Оценка теоретических коэффициентов концентрации напряжений производится по значениям максимальных напряжений действующих вдоль пера лопатки, в концентраторах. Значение теоретических коэффициентов концентрации напряжений рассчитывалось по формуле:
, (1.14)
где - максимальное значение напряжения в концентраторе, - напряжения на входной кромке в том же сечении в лопатке без повреждений.
Теоретический коэффициент концентрации зависит от формы и размеров концентратора. Исследований по определению в лопатках с повреждениями или имитирующими их надрезами на входной кромке в литературных источниках найти не удалось. В работе [4] для оценки в лопатках с V-образным надрезом на входной кромке используется соотношение, известное как формула К.Е. Инглиса (впервые полученное Колосовым в 1910 г.) для эллиптического отверстия в пластинке при растяжении:
, (1.15)
где h и ? - глубина надреза и радиус в его вершине.
Поскольку это соотношение получено не для натурных лопаток, а для пластин с отверстием, возникает необходимость его уточнения для лопаток с V-образными концентраторами на кромке.
2.1Объекты исследования
В качестве объекта исследования выбраны рабочие и направляющие лопатки компрессора высокого давления. Исследованы лопатки (Табл. 1) из стали ЭИ-787ВД (ХН35ВТЮ-ВД) и из титановых сплавов ВТ8М.
Таблица 1 - Характеристики исследованных лопаток
Сту-пень Хор-да, мм Дли-на пера, ммCmax ммH max
мммм,
ммМатериалТехнология и термообработка5НА 26 62,5 2,76 0,106 2,61 0,100 0,21 0,34 ВТ8МШтамповка, механическая обработка, двойной отжиг9РК23,633,81,930,0822,010,0850,130,22ЭИ787 ВДШтамповка, вальцевание, закалка, старение, виброгалтовка13РК20,525,91,720,0841,350,0660,140,22ЭИ787 ВДШтамповка, вальцевание, закалка, старение, виброгалтовка3РК47,5121,24,160,0885,130,1080,310,4ЭИ787 ВДШтамповка, вальцевание, закалка, старение, виброгалтовкаПримечание: Cmax и H max - максимальная толщина и кривизна профиля, и - те же величины, отнесенные к хорде профиля, и - радиусы входной и выходной кромок.
Химический состав и некоторые механические свойства материалов лопаток представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2 - Химический состав материалов исследованных лопаток, %
ВТ8МЭИ787-ВДTiосноваCr14.0тАж16.0Al6.0тАж7.3Ni33.0тАж37.0Mo2.8тАж3.8Ti2.4тАж3.2Si0.2тАж0.4Al0.7тАж1.4Cне более 0.1W2.8тАж3.5Feне более 0.3Cне более 0.08Zrне более 0.5Siне более 0.6O2не более 0.15Mnне более 0.6N2не более 0.05Sне более 0.02H2не более 0.015Pне более 0.03примесине более 0.3Bне более 0.02Cuне более 0.25Moне более 0.3
Таблица 3 - Механические свойства материалов исследованных лопаток
МатериалВТ8МЭИ787-ВДПлотность, кг/м344818040Модуль упругости, Па1,2тАв10112,185тАв1011Рабочая температура, Сдо 550до 700тАж800Предел прочности, МПа12001000Предел выносливости, МПа ()530360
Задачами данного исследования является определение теоретических (геометрических) коэффициентов концентрации напряжений для лопаток с V-образными надрезами.
Для определения теоретического коэффициента концентрации напряжений, необходимо изучение напряженного состояния лопаток без дефектов и лопаток при наличии концентратора напряжений. Таким образом, задача определения теоретического коэффициента концентрации напряжений сводится к статической задаче определения напряженно-деформированного состояния лопатки без повреждений и лопаток с концентратором напряжений.
Концентраторы напряжений наносились на входную кромку лопатки на высоте наиболее опасного сечения реальной лопатки.
Рассмотрен V-образный надрез (Рис.5).
Рис.5. Схема лопатки с концентратором V-формы
Надрез V-образной формы характеризуется глубиной h, углом раскрытия, радиусом скругления в вершине ?. Рассмотрены концентраторы V-образной формы с углом раскрытия 600, глубиной h=0,23тАж1,6 мм, радиусом ?=0,1 мм и ?=0,2 мм (Табл.4).
Таблица 4 - Геометрические характеристики концентратора
СтупеньМатериал h, мм ?, мм5НАВТ8М0,40,50,15НА0,830,765НА0,40,50,25НА0,830,765НА ЭИ78710,850,15НА0,50,573РК0,90,7770,13РК1,61,0269РК0,50,820,19РК0,230,59РК0,440,769РК11,1813РК0,50,8580,113РК11,255
Для удобства сравнения концентраторов с различными абсолютными параметрами вводится понятие относительной глубины концентратора , представляющей отношение глубины концентратора h к толщине кромки на глубине концентратора hкр (Рис.5).
2.2 Выбор метода исследования
Важное место в исследовании концентрации напряжений занимают экспериментальные методы. Явление концентрации характеризуется ярко выраженным локальным эффектом и значительными градиентами изменения напряжений и деформаций. Наиболее перспективны для опытного изучения концентрации напряжений (обнаружения зон скопления деформаций) оптические методы: метод просвечивания модели из оптически активного материала поляризованным светом и метод оптически активных покрытий.
Большие возможности для опытного изучения напряженного состояния заложены в голографии.