Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Расчетное и фрактографическое исследования устойчивого роста трещин малоцикловой усталости в диске турбины авиадвигателя при сложных циклах нагружения

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-4-52-60

Полный текст:

Аннотация

Приведены результаты комплексного расчетно-экспериментального исследования кинетики трещин малоцикловой усталости (МЦУ) в диске турбины из гранулированного никелевого сплава ЭП741НП авиационного газотурбинного двигателя при сложных циклах нагружения (СЦН). С использованием световой микроскопии реконструирована конфигурация фронтов трещин. В процессе микрофрактографического анализа методами сканирующей электронной микроскопии измерены шаги блоков бороздок, характеризующие подрастание трещины за СЦН на стадии ее устойчивого роста, определен период устойчивого роста трещин и показана воспроизводимость его закономерностей. Проведено конечно-элементное моделирование реконструированных фронтов трещин. Для подциклов СЦН рассчитаны значения размаха коэффициентов интенсивности напряжений на каждом фронте трещины в области измерения шага блоков бороздок. С использованием разработанных ранее физически обоснованной математической модели и методики расчета проведено прогнозирование устойчивого роста трещины МЦУ, результаты которого хорошо согласуются с данными микрофрактографического анализа. Показано, что результаты расчета периода роста трещины МЦУ с применением уравнения Пэриса, параметры которого определены на основании испытаний образцов из материала диска при той же температуре, что и в области распространения трещин в диске, значительно расходятся с экспериментальными данными.

Об авторах

Н. В. Туманов
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ)
Россия

Николай Ваганович Туманов

111116, Москва, ул. Авиамоторная, д. 2



Н. А. Воробьева
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ)
Россия

Нина Алексеевна Воробьева

111116, Москва, ул. Авиамоторная, д. 2



А. И. Калашникова
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ)
Россия

Александра Игоревна Калашникова

111116, Москва, ул. Авиамоторная, д. 2



Е. П. Кузьмин
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ)
Россия

Евгений Петрович Кузьмин

111116, Москва, ул. Авиамоторная, д. 2



М. А. Лаврентьева
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ)
Россия

Марина Александровна Лаврентьева

111116, Москва, ул. Авиамоторная, д. 2



А. Н. Серветник
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ)
Россия

Антон Николаевич Серветник

111116, Москва, ул. Авиамоторная, д. 2



Список литературы

1. Демьянушко И. В., Биргер И. А. Расчет на прочность вращающихся дисков. — М.: Машиностроение, 1978. — 247 с.

2. 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.

3. Ножницкий Ю. А., Туманов Н. В., Черкасова С. А., Лаврентьева М. А. Фрактографические методы определения остаточного ресурса дисков авиационных газотурбинных двигателей / Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2011. Т. 16. № 4(44). С. 39 – 45.

4. Туманов Н. В., Черкасова С. А., Лаврентьева М. А., Воробьева Н. А. Исследование механизмов развития трещин малоцикловой усталости в дисках авиадвигателей в условиях эксплуатации и оценка остаточной долговечности дисков / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 3(27). Ч. 2. С. 175 – 184.

5. Туманов Н. В., Лаврентьева М. А., Черкасова С. А. Реконструкция и прогнозирование развития усталостных трещин в дисках авиационных ГТД / Конверсия в машиностроении. 2005. № 4 – 5. С. 98 – 106.

6. Туманов Н. В., Лаврентьева М. А., Черкасова С. А., Серветник А. Н. Моделирование устойчивого роста усталостных трещин в дисках турбины авиадвигателей при простых и сложных циклах нагружения / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. № 3(19). Ч. 1. С. 188 – 199.

7. Туманов Н. В., Лаврентьева М. А., Черкасова С. А. Прогнозирование остаточного ресурса дисков турбины авиадвигателей на основании расчета периода устойчивого роста трещин малоцикловой усталости / Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 5. С. 33 – 41.

8. Туманов Н. В. Устойчивый рост усталостных трещин: микромеханизм и математическое моделирование / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 11. С. 52 – 69. DOI: 10.26896/1028-6861-2018-84-11-52-69

9. Туманов Н. В., Лаврентьева М. А. Прогнозирование циклической долговечности дисков авиадвигателей на основе моделирования устойчивого роста трещин малоцикловой усталости / Авиационные двигатели. 2019. № 1(2). С. 37 – 48.

10. Туманов Н. В. Физико-механические аспекты устойчивого роста усталостных трещин / Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 2. С. 132 – 136.

11. Paris P., Erdogan F. A critical analysis of crack propagation laws / Journal of Basic Engineering (Trans. ASME). 1963. N 12. P. 528 – 534.

12. Сиратори М., Миёси Т., Мацусита Х. Вычислительная механика разрушения. — М.: Мир, 1986. — 334 с.

13. Райс Д. Математические методы в механике разрушения / Разрушение. Т. 2. — М.: Мир, 1975. С. 204 – 335.

14. Голубовский Е. Р., Волков М. Е., Эммаусский Н. М. Метод определения границ стадии устойчивого роста трещины усталости и параметров уравнения Пэриса / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 9. С. 66 – 74. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-9-66-74

15. Туманов Н. В. Кинетическое уравнение устойчивого роста трещин малоцикловой усталости / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2014. № 5(47). Ч. 1. С. 18 – 26.


Для цитирования:


Туманов Н.В., Воробьева Н.А., Калашникова А.И., Кузьмин Е.П., Лаврентьева М.А., Серветник А.Н. Расчетное и фрактографическое исследования устойчивого роста трещин малоцикловой усталости в диске турбины авиадвигателя при сложных циклах нагружения. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021;87(4):52-60. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-4-52-60

For citation:


Tumanov N.V., Vorobjeva N.A., Kalashnikova A.I., Kuz’min E.P., Lavrentyeva M.A., Servetnik A.N. Computational and fractographic study of the stable growth of low cycle fatigue cracks in the disk of an aircraft engine turbine under complex loading cycles. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(4):52-60. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-4-52-60

Просмотров: 55


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)