Закономірності поширення тріщин термічної втоми в жароміцних сплавах при неоднорідному термонапруженому стані - Автореферат

Експлуатація практично будь-якої конструкції на певній стадії відбувається за наявності тріщин, що зароджуються в місцях концентрації напруг, викликаних неоднорідністю матеріалу конструкції, технологічними, конструкційними та експлуатаційними чинниками. Їхня поява свідчить про деяку міру пошкодження матеріалу та у багатьох випадках не призводить до вичерпання несучої спроможності конструкції. Вельми характерним пошкодженням є поява тріщин термічної втоми, що виникають внаслідок циклічної дії нестаціонарних полів температур і термічних напруг по обєму деталей при швидких змінах режимів навантаження. Роботу було виконано в рамках бюджетних тем 1.3.4.106 "Дослідження термовтомного та корозійного пошкодження жароміцних сплавів і композиційних матеріалів з направлено орієнтованою структурою під дією термоциклічного навантаження в газовому потоці та розробка методів оптимізації елементів конструкцій із них за критеріями міцності" та 1.3.4.222 "Експериментальне та аналітичне дослідження кінетики тріщин термічної втоми в жаростійких композиційних конструкціях при неоднорідному термонапруженому стані" НАН України (Інститут проблем міцності), науково-технічного проекту 04.03/01869 "Створення методів та програмних засобів для розрахунків на міцність та довговічність елементів конструкцій з тепло-та корозійностійкими захисними покриттями для транспортних енергетичних машин" Державної науково-технічної програми досліджень, проекту 1.4/243 "Розробка та обгрунтування методів фізичного та математичного моделювання ТНДС та кінетики пошкодження термонавантажених систем із матеріалів з направлено формованою структурою" Державного фонду фундаментальних досліджень. Базовими для досягнення зазначеної мети були експериментально-розрахункові дані з кінетики тріщин термічної втоми і термонапружено-деформований стан (ТНДС) матеріалу зразків, що моделюють роботу елемента конструкції у високотемпературних газових потоках, і математичний апарат механіки руйнування.Під час проведення термовтомних випробувань на зразках, що моделюють стан матеріалу конструкції в реальних експлуатаційних умовах, термомеханічне навантаження матеріалу характеризується значною просторово-часовою неоднорідністю ТНДС, а також проявом цілого ряду супутніх чинників, що впливають на пошкоджуваність матеріалу в процесі експлуатації. Спроби використовувати одержувану інформацію з кінетики термовтомних тріщин і ТНДС моделі для оцінки живучості конструкції або параметрів тріщиностійкості матеріалу, як правило, наштовхувалися на труднощі опису кінетики стану матеріалу у вершині тріщини в нестаціонарному і неоднорідному полі температур і напруг. У цьому плані слід зазначити ряд робіт, присвячених експериментальним і розрахунковим методам оцінки КІН в елементах ГТД, що грунтуються на припущенні про можливість зіставлення напруженого стану елемента конструкції і зразка простої форми або на наближених методах урахування напруженого стану елемента конструкції шляхом виключення ряду чинників, властивих визначеному виду навантаження і фізико-механічним властивостям матеріалу. У більшості відомих підходів до розрахунку КІН в елементі конструкції, що зазнає циклічного впливу високих температур, визначальним є припущення про просторово-часову стабільність характеру зміни КІН і ТНДС матеріалу в елементі конструкції у вершині тріщини, в тому числі в неізотермічних процесах. На момент початку досліджень серед відомих і доступних для одержання розрахункових пакетів було обрано два: "Makro-Kroky" - розрахунок ТНДС елементів конструкцій у двовимірній постановці; "SPACE" - розрахунок просторового ТНДС елементів конструкцій з урахуванням пластичних деформацій по теорії малих пружно-пластичних деформацій, а також визначення КІН у вершині тріщини (автор С.В.Розроблена методологія вирішення у тривимірній постановці комплексу задач теплопровідності, термопружності і механіки руйнування для складних елементів конструкцій типу лопаток турбін, яка дозволила провести всебічне дослідження кінетики тріщин термічної втоми в умовах складного просторово-часового термоциклічного навантаження в залежності від особливостей зміни термонапруженого стану матеріалу в процесі поширення тріщин. З використанням розробленої методології для модельних елементів лопаток вивчені закономірності поширення тріщин термічної втоми і отримані систематизовані дані з діаграм росту термовтомних тріщин, які суттєво відрізняються від традиційних кривих росту втомних тріщин наявністю ділянок затухаючого розвитку тріщин, характер і тривалість яких визначають довговічність деталей та мають складну залежність від комбінації великої кількості чинників різної природи. У результаті проведення чисельних експериментів для граничних умов циклічного теплового навантаження, що моделюють експлуатаційні, стосовно елементів типу лопаток ГТД показано, що проведення розрахунків на міцність і аналіз процесів ушкодження матеріалу при сумірних співвідношеннях висоти і визначальних роз

Основний зміст роботи