ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Характеристика режимов работы и повреждаемость элементов MaiumT и конструкций из "Малоцикловая усталость при неизотермическом нагружении " Технический прогресс в современном машиностроенни связан с увеличением значений рабочих параметров машин и агрегатов (уровня рабочих температур, единичных мощностей, скоростей технологических процессов и др.) при существенной эксплуатационно-й нестационарности тепловых и силовых режимов эксплуатапии. Наряду с этим актуальными становятся задачи по повыщению надежности, увеличению ресурса и снижению металлоемкости элементов машин и конструкций. [c.6] С ростом времени эксплуатации и удельных рабочих параметров изделий и агрегатов увеличивается доля отказов, связанных с повторностью и цикличностью нагружения механическими и термическими нагрузками, работой в условиях переходных и форсированных эксплуатационных режимов. [c.6] Такое нагрул ение характерно для конструкций энергетического, транспортного и химического машиностроения, авиации, ракетной техники, реакторостроения в связи с интенсификацией технологических процессов. [c.6] Для разработки методов расчета и прогнозирования прочности конструктивных элементов в условиях нестационарных тепловых и механических нагрузок большое значение имеет исследование их реальной нагруженности и повреждаемости при эксплуатации. Выработка ресурса изделий определяется, как правило, рабочими процессами. Существенным фактором, определяющим формирование необратимых изменений в материале детали, является температура (режим ее изменения). [c.6] Характерно, что малоцикловые повреждения развиваются, как правило, в зонах концентрации напряжений (рис. 1.2) около отверстий, в вершине углового шва, в замковом соединении и отверстий дисков турбомашин [5, 100]. В типичных зонах концентрации напряжений при допускаемых современными методами расчета на прочность номинальных напряжениях развиваются значительные местные упругие и необратимые деформации. Сочетание механического и интенсивного теплового нагружений (7 = 200... 1000° С) приводит к образованию трещин. При интенсивном тепловом воздействии малоцикловые разрушения имеют вид сетки термоусталостных трещин, например, в элементах проточной части авиадвигателя (рабочие и сопловые лопатки, камеры сгорания, элементы форсажной камеры и др.) [10, 75, 100], в элементах конструкций тепловой энергетики [109, 112] и технологическом оборудовании [99, 110]. [c.7] Существенным фактором в формировании малоцикловых повреждений является характер эксплуатационных режимов (сочетание теплового и механического воздействий) агрегатов и изделий. [c.8] Развитие современного машиностроения сопровождается, с одной стороны, увеличением максимальных рабочих температур, с другой — ростом доли нестационарных режимов нагружения агрегата. [c.8] В характерном периоде эксплуатации обоих агрегатов имеются нестационарные и стационарные участки, определяющие и по-разному формирующие малоцикловые повреждения. При анализе термомеханической нагруженности конструктивных элементов этих изделий следует, по-видимому, учитывать и требования к сиил е-нию массы, особенно для летательных аппаратов. [c.9] Режим эксплуатации изделий и агрегатов, как правило, определяет специфику режимов теплового и механического нагружения соответствующих конструктивных элементов. Для элементов некоторых агрегатов тепловой энергетики [33, 39, 109], реакторостроения [25, 85], авиационной техники [13, 99] и технологического оборудования [75, 100] характерны нестационарность нагружения, чередование переходных, и стационарных режимов механической и тепловой нагрузки, наличие длительных выдержек при постоянных нагрузках и тем1пературах, высокие температуры (для применяемых материалов), определяющие скорость временных процессов. [c.9] Длительность первой группы указанных режимов характеризует маневренные свойства турбины для реализации ускоренных пусков важны как начальная температура стенки, так и разность температур различных частей корпуса. В этой связи актуальными становятся пуски из горячего состояния (после 8, 16, 24 ч простоя), число которых может достигать 90 % общего числа пусков. Для второй группы режимов характерно скачкообразное изменение температуры стенки внутренней поверхности корпуса, наличие больших градиентов температур в тонком слое детали (вследствие подачи пара с более низкой температурой, чем температура корпуса ЦВД) и появление циклических растягивающих напряжений. [c.10] Переходные и стационарные периоды режима термомеханического нагружения изделия по-разному влияют на ресурс работы конструктивных элементов и накопление усталостных и квазиста-тических (длительных статических) повреждений. При исчерпании несущей способности конструктивных элементов транспортных газотурбинных и паросиловых установок с увеличением времени эксплуатации роль нестационарных периодов в формировании предельных повреждений возрастает. Например, анализ работоспособности лопаток первой ступени турбины из сплава ЖС6К авиационного двигателя на трех характерных режимах (запуск — опробование— остановка, запуск — остановка и запуск—взлет) показал, что доминирующая роль в разрушении этих элементов принадлежит неустановившимся режимам, в результате накопления усталостных повреждений. Этот факт подтверждают результаты анализа отбраковки лопаток при варьировании нестационарной части цикла в процессе эксплуатации 175 двигателей [29] при сравнительно небольшом увеличении длительности нестационарной части (5%) характерна более ранняя отбраковка деталей. Для двигателей гражданской авиации с уменьшением дальности полета существенно возрастает досрочный съем двигателя с эксплуатации, что вызвано увеличением длительности нестационарных режимов при том же суммарном времени эксплуатации. [c.10] Следует иметь в виду, что в формировании повреждений роль стационарных периодов в режиме термомеханического нагружения существенна. В ряде случаев усталостное малоцикловое (вследствие нестационарной части цикла) и длительное статическое, или квазистатическое (вследствие стационарной части цикла) повреждения оказываются сопоставимыми. [c.10] Для элементов технологического оборудования [13, 99] с учетом специфики термоциклического нагружения, напротив, доминирующими являются квазистатические повреждения вследствие интенсивного необратимого формоизменения. [c.10] Режимы работы газотурбинных двигателей транспортного типа разнообразны. Однако им свойственна некоторая периодичность в изменении характерных параметров [100]. В режиме работы турбины для частоты вращения, например, можно выделить следующие этапы запуск, малый газ, быстрый выход на рабочий режим, максимальная мощность, уменьшение частоты вращения, длительный наиболее экономичный режим и останов. Этапы режима работы можно указать и для других параметров рабочего процесса двигателя газовых и центробежных сил, температуры газа перед турбиной и др., которые определяют соответствующий характер термоциклического и механического нагружения конструктивных элементов. При эксплуатации двигателя подобное сочетание режимов многократно повторяется. [c.11] Вернуться к основной статье