ИСТИНА

Одной из современных задач оценки безопасности эксплуатации турбин и ком- прессоров в газо- и паротурбостроении является исследование закономерностей стохастического процесса зарождения и развития усталостных микро- и макро- трещин в конструкциях лопаточного аппарата при эксплуатационном нагружении в областях многоцикловой и гигацикловой усталости. Усталостное разрушение охлаждаемых лопаток компрессоров и турбин вызывается, в основном, высоким уровнем осевых переменных напряжений в областях их концентрации (связан- ной со структурной неоднородностью материала, технологическими дефектами, коррозионными повреждениями, повреждениями в результате попадания посто- ронних предметов, разрушениями бандажных полок и др.), возникающих при их возможных резонансных вынужденных колебаниях, причинами которых явля- ются турбулентные газовые потоки при вращении вала, парциальность подвода газа в цикле работы, неравномерность потока из сопловых каналов и др. Экс- периментально обнаруживается, что микро- и макротрещины возникают перпен- дикулярно оси лопатки в корневом сечении в зоне концентрации напряжений от изгибных форм колебаний. В наиболее общем виде, осевое напряжение в лопатке может быть представлено в виде суммы постоянной составляющей и дискретного спектра с набором амплитуд, шагом, равным частоте вращения диска, и сдвигами фаз между компонентами. В данной работе исследуется асимметричное одночастотное нагружение с по- стоянной составляющей, определяемой при заданных характеристиках лопаток и потока газа; частоте вращения, определяемой как максимальное значение сум- мы растягивающего напряжения от центробежных сил и изгиба от аэродина- мических сил; и амплитудой напряжений, найденной из решения задачи изги- ба при различных прогибах упругой балки. Предлагаемый метод основывает- ся на теории масштабно-структурного разрушения, согласно которой стохасти- ческий процесс усталостного разрушения рассматривается на шести масштабно- структурных уровнях, отвечающих разным стадиям эволюции материала и фи- зическим механизмам. Строится иерархическая система определяющих соотно- шений для вероятности разрушения на микро-, мезо- и макроуровнях. В качестве переменной выбирается амплитуда напряжения, а материальные функции опре- деляются по данным стандартных испытаний на усталостную прочность с учетом результатов физических исследований по развитию хрупких трещин в зависимо- сти от параметра асимметрии цикла. Строятся кривые усталости по определенно- му уровню дефектности. В качестве примера рассматриваются лопатки турбины из алюминиевого сплава ВД17 и турбокомпрессора из жаропрочного литейного никелевого сплаваЖС6К. Находятся материальные константы, строятся области развития дефектов и кривые усталости по образованию микротрещин, коротких трещин и макротрещин в областях многоцикловой и гигацикловой усталости. Ме- тод расчета подтверждается сравнением полученных результатов с известными данными.