Цели и задачи лабораторной работы

Определение показателей прочностной надежности рабочей лопатки турбины авиационного ГТД

Часть 1. Расчеты повреждений рабочей лопатки турбины за обобщенный полетный цикл по критериям длительной прочности и
малоцикловой усталости

Методическое пособие к лабораторной работе по дисциплинам

«Ресурсные проектирование и испытания АД и ЭУ»

(Специальности: 7.05110202 и 8.05110202 – «АД и ЭУ»

и

«Теплонапряженное состояние и прочностная надежность элементов ТД и ЭУ»

(Специальности: 7.05060102 и 8.05060102 «Теплофизика»)

Харьков

Основные положения

Показателями прочностной надежности деталей авиационных ГТД являются их безотказность и долговечность (ресурс). При этом процесс выработки назначенных ресурсов деталей принято называть их повреждаемостью, а мерой выработки ресурса за один полетный цикл, в том числе за обобщенный (ОПЦ) или типовой (ТПЦ) – повреждениями.

В соответствии с отраслевыми нормативами принято считать, что определяющими повреждающими факторами, которые приводят к выработке назначенных ресурсов деталей являются:

– длительное статическое установившееся нагружение при повышенных температурах или длительная прочность (ДП);

– повторно-статическое или циклическое нагружение с большим, упругопластическим размахом деформаций – малоцикловая усталость (МЦУ).

Количественные характеристики нагружения этими факторами вытекают из формы ОПЦ или ТПУ которые задаются для каждого конкретного ГТД, устанавливаемого на конкретном летательном аппарате.

1.1 Расчетвыработки ресурса детали по ДПза ОПЦ, в котором имеются i=1, 2, …k различных отдельных установившихся режимов работы двигателя, исходя из принципа линейного суммирования повреждений на этих режимах, обычно осуществляется по формуле:

, (1)

где Π_t – суммарное повреждение детали по ДП за ОПЦ;

t_i- время работы на i-м режиме;

t_pi – время до разрушения, соответствующее параметрам σ_i и Т_i на каждом i-м режиме;

σ_i и Т_i – напряжение и температура в критической точке детали на i-м режиме.

Величина t_pi обычно определяется по модели Ларсона-Миллера, которая может быть представлена либо в графической форме (смотри Приложения №№ 3 и 4, либо в следующей алгебраической форме:

, (2)

, (3)

коэффициенты экспериментально определены для материала детали. (смотри, например, Приложение № 2).

1.2 Расчет выработки назначенного ресурса детали по МЦУ за ОПЦ, в котором имеются различные циклы нагружения детали, также определяется исходя из принципа линейного сумммирования повреждений от этих циклов по формуле:

, (4)

где П_N – суммарное повреждаение детали по МЦУ за ОПЦ;

N_j – количество циклов одного j-го вида за ОПЦ;

N_Pj – количество циклов одного j-го вида до разрушения, соответствующее размаху деформаций Δε_j и его максимальной температуре T_j.

Количество циклов j-го вида до разрушения приближенно определяется из следующего универсального уравнения Мэнсона:

, (5)

где ψ(T) – степень уменьшения поперечного сечения материала детали при разрыве;

σ_В(T) – предел временной прочности материала;

σ_mj – среднее напряжение j-го цикла;

Е(Т) – модуль упругости материала.

Задавая значения Δε_j и σ_mj , а также значения параметров ψ(T), σ_В(T), Е(Т), зависящих от температуры Т_j в критической точке, можно определить количество N_Pj циклов до разрушения.

Величину Δε_j размаха деформаций в критической точке детали обычно определяют по формуле:

, (6)

где σ_{max j} и σ_{min j} – максимальное и минимальное напряжение в цикле, а Е(Т_{max j}) и Е(Т_{min j}) – соответствующие им значения модуля упругости материала.

Уравнение Мэнсона (5) можно решить методом последовательных приближений (смотри Приложение № 1).

Объект исследований и упрочненный ОПЦ двигателя

2.1 Объектом исследованийявляется рабочая лопатка первой ступени проектируемого авиационного ГТД, Материал лопатки – жаропрочные сплавы ЖС-6 или ЖС-32.

Варианты значений σ_max и T_max в критической точке лопатки приводятся в таблице 1.

Таблица 1

Параметры ОПЦ:

t_max=4 мин; t_кр1=60 мин; t_кр2= t_кр3=26 мин.

n_кр/n_max=0.85.

Цели и задачи лабораторной работы

Целью настоящей лабораторной работы является выработка навыков получения оценок повреждений Π_t и П_N рабочей лопатки турбины за один ОПЦ по критериям ДП и МЦУ соответственно.

К выполнению предлагаются две задачи, сформулированные ниже.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: