ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оценки безопасного ресурса силовых установок ВС из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Применительно к силовым установкам ВС (газотурбинные двигатели) расчетные методы по принципу обеспечения безопасного ресурса более упрощены, поскольку относятся к элементам конструкции, в меньшей мере подверженным сл) ай-ному изменению нагрузок за полет ВС. Вместе с тем эти расчеты учитывают нагрев материала и этим принципиально отличаются от расчетов элементов конструкции планера ВС. [c.38] Рассмотрим эти подходы в расчетах на примере дисков ГТД, являющихся основными элементами конструкции двигателя, разрушение которых в полете недопустимо. [c.38] При требуемых величинах ресурса в десятки тысяч полетов условия работы дисков ГТД отвечают области малоциклового нагружения и характеризуются, в основном, регулярно повторяющимся от полета к полету воздействием на диски нагрузок в виде полетного цикла нагружения (ПЦН). Каждый ПЦН представляет собой сложный блок сочетающихся, накладывающихся друг на друга и изменяющихся во время полета силовых, температурных и вибрационных нагрузок. Диски современных ГТД проектируются с запасами прочности, при которых в процессе эксплуатации в их наиболее напряженных местах может происходить повторное упругопластическое деформирование их материала, а в зонах максимальных напряжений материал дисков может работать за пределами упругости. В этих местах с ростом наработки идет накопление повреждений материала, отвечающих области малоцикловой усталости (МЦУ). [c.38] В общем случае нагружения материала в области МЦУ связь между деформациями и накапливающимися повреждениями описывается кинетическими уравнениями повреждаемости [42]. Расчеты циклической долговечности дисков имеют приближенный характер из-за отсутствия констант, входящих в кинетические уравнения повреждаемости, и их обычно проводят принимая ряд допущений, упрощающих описание процессов циклического упругопластического деформирования материала и накопления в нем повреждений [43]. [c.38] Для определения Де, отвечающего каждому г-му циклу нагружения, необходимо знать НДС диска и его изменение от цикла к циклу. Наиболее полную картину кинетики НДС дает тензометри-рование натурного диска или его модели, но в силу трудоемкости этих работ при проектировании дисков кинетику их НДС обычно определяют расчетным путем. Для этого выполняют двух- или трехмерный осесимметричный расчет общего НДС диска, а затем проводят упругопластический анализ кинетики НДС в наиболее напряженных зонах диска методом конечных элементов (МКЭ) или приближенных зависимостей Нейбера и Стоуэлла с использованием кривых циклического деформирования применяемого материала [43, 46]. [c.39] При аналитическом построении циклических диаграмм допускается пренебрегать изменением модуля упругости и нелинейностью модулей нагрузки и разгрузки [45]. При аппроксимации циклической диаграммы, как и в случае большинства других предложений по аналитическому построению циклических диаграмм, исходят из предположения о подобии исходной и циклической диаграмм при различных температурах. Это позволяет свести задачу к изотермической и деформации в циклах неизотермического нагружения определять по диаграммам, полученным для изотермических условий. Здесь используется, как и в условии (1.5), представление о независимости поведения материала от способа подвода энергии в процессе упругого и пластического деформирования. Принимаемые при расчетах упрощающие гипотезы дают модель циклически стабильного материала, что считается оправданным, поскольку на практике изготовление дисков из циклически разуп-рочняющихся материалов не допускается, а по отношению к упрочняющимся материалам эти упрощения должны идти в запас прочности. [c.40] Помимо отмеченных выше упрощений при приближенных расчетах долговечности дисков допускается определять ресурс по установившемуся режиму деформирования без учета истории их нагружения, так как принимается, что основные изменения НДС происходят в течение первых 100—200 циклов [46] и повреждение материала диска от них незначительно [49]. [c.40] Схематизация ПЦН двигателя заключается в удалении из него всех выдержек диска при постоянной нагрузке и части режимов работы двигателя, влиянием которых можно пренебречь. Полетный цикл изменения напряжений представляется в виде суммы нескольких циклов треугольной формы, в начале и в конце которых уровень напряжений принимается одинаковым (рис. 1.6а). Анализ НДС при повторении каждого типа циклов, выделенных из ПЦН, проводят раздельно без учета их чередования при дальнейшем суммировании повреждений. Возможен вариант схематизации ПЦН [50], как это показано на рис. 1.66, когда полетный цикл представляется в виде двух синусоидальных циклов нагружения. Более сложное представление ПЦН с учетом многократного повторения номинального режима работы двигателя в полете, как это показано на рис. 1.6б, позволяет более полно характеризовать накопление повреждений в дисках [51]. В случае наиболее полного представления полетного цикла нагружения учитывается выдержка материала при его работе в составе двигателя (рис. 1.6г), а также включаются в рассмотрение циклы переходных режимов работы двигателя [52]. В последнем случае рассматривается ситуация, которая более характерна для военной техники. Указанные подходы к схематизации нагрузок относятся только к расчету дисков на усталостную долговечность без учета возможного возникновения и развития усталостных трещин. [c.40] Для учета рассеяния характеристик прочности в области МЦУ в качестве расчетного Npj принимают число, полученное после обработки результатов испытаний статистическими методами. При расчете по уравнению Мэнсона за расчетное принимают число, равное 10 % от числа, полученного по этому уравнению [45]. [c.42] Анализ подходов к оценке безопасного ресурса основных силовых элементов авиаконструкций свидетельствует о формировании для всех случаев эксплуатационного нагружения каждого элемента конструкции некоторого блока последовательно действующих циклических нагрузок. Он по интенсивности воздействия в той или иной мере является эквивалентом предполагаемого повреждения конструкции, которое должно быть реализовано в условиях эксплуатации. Оцениваемый на его основе период или срок эксплуатации ВС или ГТД выражается числом циклов соответственно ЗВЗ или ПЦН, а также одновременно выражается в часах наработки с учетом средней продолжительности полета ВС. Последнее необходимо в связи с тем, что продолжительность полетов различного типа ВС в эксплуатации может колебаться в широких пределах в зависимости от решаемых ими задач. Так, например, для вертолетов средняя продолжительность полета составляет около 30-40 мин, тогда как для самолета длительность полета может достигать 7 ч. [c.44] Вернуться к основной статье