Прогнозування довговічності розвитку тріщин до критичних розмірів в жароміцній сталі ЕП517-Ш при сумісному впливі втоми та повзучості - Автореферат

Інститут проблем міцності Нан України ім. АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Прогнозування довговічності розвитку тріщин до критичних розмірів в жароміцній сталі ЕП517-Ш при сумісному впливі втоми та повзучості Робота виконана в Інституті проблем міцності ім. Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Покровський Володимир Вікторович, Інститут проблем міцності ім.Разом з тим досвід експлуатації ГТД показує, що не зважаючи на виконання всіх нормативних вимог при проектуванні, в експлуатації більше 70 % руйнувань та відмов повязані з руйнуванням від втоми, тобто з появою та розвитком тріщин. Все вище сказане свідчить про те, що задача прогнозування довговічності дисків ГТД на стадії докритичного розвитку тріщин є досить актуальною і для її вирішення необхідно залучати розрахунково-експериментальні методи, засновані на застосуванні підходів механіки руйнування, що дозволяють визначити швидкість росту тріщин. дослідити вплив температури, масштабного ефекту, форми циклів навантаження на закономірності докритичного розвитку тріщин в умовах сумісного впливу втоми та повзучості; Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: - вперше для сталі ЕП517-Ш отримані залежності впливу температур, статичного, тривалого статичного та циклічного з різноманітними формами циклів навантаження на характеристики вязкості руйнування, на закономірності змін швидкості розвитку тріщин та на термін розвитку тріщин до критичних розмірів; експериментально обґрунтована можливість прискореного визначення швидкості росту тріщин втоми (РТВ) при циклічному навантаженні зразків із сталі ЕП517-Ш з високою частотою при температурі 20ОС, що дозволяє прогнозувати швидкість РТВ з врахуванням геометричних розмірів зразків без проведення випробувань при різноманітних температурах і формах циклу навантаження;Наведено короткий опис параметрів тріщиностійкості, по яким оцінюється швидкість росту тріщини при тривалому статичному та циклічному навантаженні, а також моделі прогнозування швидкості росту тріщин. Вплив геометрії зразків, довжин та форм тріщин на параметри тріщиностійкості було досліджено М.Kikuchi, H.Miyamoto, Y.Yamamoto та інш., які на різних матеріалах в явному вигляді отримали залежність між розмірами, формою тіла та параметрами НДС. Для прогнозування швидкості росту тріщини при трапецеїдальному циклі навантажування найбільш частіше застосовується лінійна гіпотеза підсумовування швидкостей росту тріщин втоми та повзучості, , (1) де перший доданок визначає внесок у сумарну швидкість росту тріщини при циклічному навантажуванні, що визначається за рівнянням Періса, а другий доданок - внесок при витримках в циклі; а - довжина тріщини; N - кількість циклів навантажування. Таким чином, завдяки проведеному аналізу літературних джерел встановлено, що для визначення характеристик вязкості руйнування треба враховувати параметри НДС в вершині тріщини, а також вплив сумісної дії втоми та повзучості на довговічність матеріалу, що дозволяє комплексно оцінювати період розвитку тріщини до критичних розмірів. Довжина тріщини вимірювалась по полірованій поверхні зразка, а у випадку дослідження росту тріщини повзучості (РТП) інколи дослідження припинялось і тріщина підрощувалась при циклічному навантажуванні з метою фіксації фронту тріщини та уточнення її довжини після руйнування зразка.В дисертаційній роботі, яка присвячена розвязанню актуальної науково-технічної проблеми прогнозування тривалості росту тріщин до критичних розмірів в дисках газотурбінних двигунів, виготовлених із жароміцної сталі ЕП517-Ш, що знаходяться під впливом експлуатаційних температур та характерного спектру навантажень (тривалого статичного і циклічного) вперше встановлені закономірності впливу температур, статичного та циклічного навантаження на характеристики вязкості руйнування з врахуванням ефекту масштабу та наявності характерних для дисків ГТД конструктивних концентраторів напружень. Розроблено розрахунково-експериментальну методику оцінювання характеристик тріщиностійкості сталі ЕП517-Ш при вязкому руйнуванні для різних НДС, обумовлених масштабним ефектом. Розроблена методика розрахунку періоду розвитку тріщин до критичних розмірів в дисках із сталі ЕП517-Ш, котрі працюють при комбінованому (тривалому статичному, циклічному та циклічному з витримками) навантажуванні для характерного діапазону діючих в дисках напружень і температур. Випробування при статичному навантаженні вказують на те, що із зростанням температури значення вязкості руйнування сталі ЕП517-Ш змінюються не монотонно: від 20ОС до 350ОС вязкість руйнування збільшується, а потім із зростанням температури до 450ОС - вязкість руйнування зменшується.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ