Планирование эксперимента для верификации расчётных методов определения ресурса деталей газотурбинных двигателей

О. В. Самсонова, К. В. Фетисов, И. В. Карпман, И. В. Бурцева

Аннотация


В конструкции авиационных газотурбинных двигателей есть высоконагруженные вращающиеся детали, разрушение которых может приводить к опасным последствиям. Ресурс таких деталей ограничивают с применением расчётных и экспериментальных методов. Расчётные методы назначения ресурса, которые используются без проведения ресурсных испытаний деталей или узлов двигателя, должны быть подтверждены экспериментально. Оптимальным вариантом для верификации расчётных методов определения ресурса является использование результатов циклических испытаний модельных дисков, поскольку они позволяют воспроизвести условия нагружения и состояние поверхности, которые характерны для реальных дисков, а данные об истории нагружения и свойствах материалов позволяют расчётным путём воспроизвести напряжённо-деформированное состояние дисков в условиях испытаний. Показан процесс планирования таких испытаний. Предполагается, что испытания будут проводиться в два этапа – до и после образования трещины малоцикловой усталости. Сформулирован ряд критериев, которым должны удовлетворять геометрия модельных дисков и условиях их нагружения. Исходя из этих критериев, спроектированы модельные диски и выбраны условия их испытаний.


Ключ. слова


Газотурбинные двигатели; малоцикловая усталость; циклические испытания дисков; методы установления ресурса; модельные диски; усталостные трещины

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Карта данных сертификата типа № FATA-02074. Авиационный маршевый двигатель ПС-90А. 2017. 16 с.

2. Inozemtsev A.A., Polatidi L.B., Andreychenko I.L. Life validation strategy // Proceedings of 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (September, 7-12, 2014, St. Petersburg, Russian Federation). 2014.

3. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 4. Динамика и прочность авиационных двигателей и энергетических установок. М.: Машиностроение, 2008. 191 с.

4. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов: уч. пособие. М.: Наука, 1986. 560 с.

5. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Определение ресурсных показателей основных деталей авиационных двигателей на основе методики остаточной долговечности // Двигатель. 2010. № 5 (71). С. 28-29.

6. Шанявский А.А. Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций. Синергетика в инженерных приложениях. Уфа: Монография, 2003. 802 с.

7. Мак-Ивили А.Дж. Анализ аварийных разрушений. М.: Техносфера, 2010. 413 с.

8. NTSB Aircraft Accident Report, NTSB/AAR-98/01 Delta Airlines Flight 288, Pensacola, Florida, 1996.

9. Нихамкин М.Ш., Вятчанин Д.А. Вероятностная оценка циклической долговечности дисков ГТД из гранулируемых материалов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2008. № 1. С. 70-71.

10. McClung R.C., Leverantet G.R., Wu Y-T., Millwater H., Chell G.G., Kuhlman C.J., Lee Y.-D., Riha D.S., Johns S.R., McKeighan P.C. Development of a probabilistic design system for gas turbine rotor integrity // Proceedings of the Seventh International Fatigue Conference Beijing (China, June 8-12, 1999).

11. Nikhamkin M., Ilinykh A. Low cycle fatigue and crack grow in powder nickel alloy under turbine disk wave form loading: validation of damage accumulation model // Applied Mechanics and Materials. 2014. V. 467. P. 312-316.
DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.467.312

12. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Ильиных А.В., Ратчиев А.М. Экспериментальная проверка модели суммирования повреждений при циклическом нагружении дисков турбин // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14, № 4-5. С. 1372-1375.

13. Демьянушко И.В., Биргер И.А. Расчёт на прочность вращающихся дисков. М.: Машиностроение, 1978. 247 c.

14. Gayda J., Kantzos P. Burst testing and analysis of superalloy disks with a dual grain microstructure. NASA technical reports. 2013. 24 p.

15. Gayda J., Kantzos P. Cyclic spin testing of superalloy disks with a dual grain microstructure. NASA technical reports. 2005. 21 p.

16. Пак Е.Р., Бугреева С.И., Карпман И.В., Двойников С.С. Математическое моделирование разгонных испытаний дисков с использованием перспективных критериев разрушения // Сборник тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции «Авиадвигатели ХХI века» (24-27 ноября 2015 г., Москва). М.: ЦИАМ, 2015. С. 594-595.

17. Branco R., Antunes F.V. Finite element modelling and analysis of crack shape evolution in mode-I fatigue Middle Cracked Tension specimens // Engineering Fracture Mechanics. 2008. V. 75, Iss. 10. P. 3020-3037. DOI:10.1016/j.engfracmech.2007.12.012

18. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Исследование влияния остаточных напряжений в зоне расположения трещины на скорость её роста при циклическом нагружении // Вестник Московского авиационного института. 2014. Т. 21, № 1. С 104-110.

19. Узбяков Д.М. Исследование характеристик циклической трещиностойкости гранульного сплава на никелевой основе с разной фракцией гранул // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2015. № 40. С. 122-134. DOI: 10.15593/2224-9982/2015.40.07


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2019-18-3-143-154

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2019

 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533