ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Длительность роста трещин в титановых дисках компрессоров ГТД из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Многие из рассмотренных выше СУКУТ, рекомендованных для залечивания сквозных трещин, могут быть рекомендованы и д.ля несквозных трещин. Эффективность того или иного способа будет в первую очередь зависеть от толщины пластины, в которой произошел рост трещины, а также от условий функционирования детали. Например, для сосудов под давлением ни один из рассмотренных выше способов непригоден. Все они не обеспечивают сохранения герметичности, что является основным требованием к сосудам под давлением при задержке роста в них трещин. Однако при отсутствии требований к сохранению герметичности сосудов можно считать эффективным применение СУКУТ с использованием различных вставок, а также с эффектом пластического затупления вершины трещины (последнее может быть использовано и в сл ае соблюдения требований к герметичности сосуда). [c.458] Усиление эффекта снижения раскрытия берегов трещины может быть достигнуто путем расположения несквозных отверстий в сосуде под некоторым углом к плоскости трещины и сквозных отверстий в случае отсутствия требований к сохранению герметичности изделия с поверхностной трещиной (А. с. 1361856 СССР от 12.04.86. Опубл. Бюл. 8, 1994). Располагаемые в последующем в них болты стягиваются между собой в пространстве так, что вокруг плоскости трещины возникает сложное напряженное состояние материала, для которого характерно резкое снижение темпа распространения трещины (рис. 8.38). С одной стороны, расположение болтов под углом к плоскости трещины служит препятствием для раскрытия ее берегов. С другой стороны, даже возникновение подрастания вершины трещины, например, вдоль малой оси полуэллипса будет происходить в течение длительного времени с низкой скоростью до тех пор, пока болт, проходящий через плоскость трещины, не будет разрушен. [c.459] Герметичность различных по форме сосудов под давлением может быть сохранена путем торможения роста трещины следующим образом (А. с. 1382007 СССР от 11.06.86. Опубл. Бюл. 8, 1994). Устанавливают местоположение трещины во внутренней полости сосуда под давлением (например, сканированием вдоль оси трубы и по ее окружности с помощью сигналов АЭ) и затем выполняют канавки на наружной поверхности изделия вокруг трещины (рис. 8.39). Расстояние между канавками должно быть не меньше размера трещины. В канавках размещается лента, на которую устанавливают полукольпа. Далее с помощью крепежных элементов осуществляют стягивание образованных при соединении колец, в результате чего возникают напряжения сжатия. [c.460] Указанный способ может быть дополнен операцией затупления вершины усталостной трещины (А. с. 1476909 СССР от 21.08.87. Опубл. [c.460] что снижает концентрацию напряжений в ее вершине так же, как это было рассмотрено применительно к сквозным трещинам. Для этого герметичный сосуд под давлением нагружают внутренним давлением и одновременно с этим контролируют его состояние с помощью сигналов АЭ. При возникновении резкого увеличения сигналов АЭ повышение давления прекращают и переходят к его снижению. После описанных операций осуществляют размещение на наружной поверхности изделия ленты, полуколец и осуществляют их стягивание для создания сжимающих напряжений вокруг трещины. [c.460] Технологически указанную выше идею задержки роста трещины реализуют путем расположения в отверстие втулки. Их необходимо устанавливать в отверстие под крепежные элементы и приклеивать к отверстию или выполнять круговые канавки вокруг отверстия, в которые входит бурт втулки при ее запрессовке. Чтобы полностью перекрыть зону трещины, следует приклеить еще боковую накладку или расположить по ее поверхности конусообразные канавки со вставками, как это показано на рис. 8.52. Вставку следует закрепить болтом, совмещая отверстие во вставке, с отверстием, в котором располагают втулку. Все это суп1ествен-но снижает интенсивность напряженного состояния материала в районе трещины, как показали расчеты методом конечных элементов, и приводит к резкому снижению темпа роста трещины. Поверхность отверстия, как и зона трещины по свободной поверхности элемента конструкции, может быть после обнаружения трещины упрочнена любым из известных способов. Это создает весьма высокий уровень сжимающих напряжений и способствует дополнительному снижению темпа последующего роста трещины. [c.461] Во всех рассмотренных выше случаях обеспечивалась доступность к зоне трещины неразрушающими средствами контроля после выполнения операций по тому или иному СУКУТ. Даже в том случае, когда использованы стяжные элементы или ленточные накладки на трубы, они легко могут быть демонтированы и вновь установлены без дополнительного повреждения элемента конструкции. Причем в случае стяжных элементов для сквозных и поверхностных трещин зона расположения трещины остается доступной и для визуального контроля в процессе последующей эксплуатации. Последнее обеспечивает высокую надежность контроля и выявления трещины уже после того, как СУКУТ был реализован. [c.461] В массивных элементах конструкции, когда нет требований к сохранению их герметичности, могут быть реализованы СУКУТ, которые вызывают эффект самоторможения трещины и ее переориентации (А. с. 1382003 СССР от 20.06.86. [c.461] В детали с полуэллипти-ческой трещиной перед каждой ее вершиной на поверхности выполняют по два отверстия (рис. 8.40). Между ними удаляют перемычку и запрессовывают фигурные вставки с двумя отверстиями. Устанавливают в отверстия крепежные элементы и перед их затяжкой осуществляют попарное стягивание элементов. При отсутствии доступа к противоположной поверхности можно ограничиться стягиванием двух или, параллельно, четырех отверстий только по наружной поверхности. [c.461] Многолетний опыт эксплуатации авиационных ГТД показывает, что усталостные повреждения титановых дисков вплоть до разрушения различных ступеней компрессоров разных типов двигателей происходят в различных зонах дисков и при разной их наработке (табл. 9.1). Причины появления и распространения усталостных трещин в дисках различны и могут быть связаны с исчерпанием их циклической долговечности по критериям МНЦУ, МЦУ или МНЦУ/МЦУ в расчетных или нерасчетных условиях работы дисков и наличием или отсутствием факторов, снижающих усталостную прочность дисков и имеющих производственную или эксплуатационную природу. Последствия от разрушения дисков таковы, что двигатель утрачивает полностью свою работоспособность (рис. 9.1). Поэтому при отказе двигателя в полете из-за разрушения диска возникает предпосылка к летному происшествию, в том числе и из-за титанового пожара двигателя. [c.464] Последний пик интенсивности разрушений отсутствует на гистограммах из-за того, что он еще не достигнут в процессе эксплуатации. Он будет отражать долговечность наибольшего числа находящихся в эксплуатации дисков, которые изготовлены из бездефектного материала, нечувствительного к условиям реализуемого нагружения в эксплуатации. [c.465] Разрушения дисков в районе первого и второго пиков наработки в эксплуатации происходят в результате роста трещины по межфазовым границам путем формирования фасеточного рельефа, что отражает чувствительность материала дисков к условиям их нагружения (как правило, трапецеидальная форма цикла). Трещина распространяется по границам фаз материала в течение его выдержки под нагрузкой, реализуемой в полете на длительных стационарных режимах работы двигателя. Такая ситуация связана с наличием остаточных напряжений в материале диска в процессе его изготовления по межфазовым границам или границам колоний пластинчатой структуры (см. главу 7). [c.465] Дефекты материала могут иметь не только производственную, но и эксплуатационную природу (табл. 9.1). К ним в основном относят контактные повреждения поверхности дисков в виде фрет-тинг-коррозии, которые вызывают снижение усталостной прочности дисков. [c.466] Партия дисков, в которую входил разрушившийся диск, была изготовлена по щадяшей технологии. Они не подвергались специальной ультразвуковой проверке, как это делается обычно для выявления поверхностных дефектов. Из восьми дисков этой партии один диск разрушился при его испытании после обнаружения дефекта в виде газонасыщенной а-фазы, разрушение другого привело к катастрофе, четыре диска не выдержали контрольных испытаний, проведенных после катастрофы, и лишь два диска после проверок были возвращены в эксплуатацию. [c.468] Таким образом, проблема разрушения дисков компрессоров из титановых сплавов затрагивает области конструирования дисков, их производства и эксплуатации и не может быть полностью решена проведением мероприятий в какой-то одной из этих областей. Решение данной проблемы превращается в задачу обеспечения эксплуатации разрушающихся дисков по принципу безопасного повреждения с учетом всех факторов, влияющих на долговечность и период роста трещины, что позволяет избежать остановки всего парка двигателей до замены дисков на новые. [c.468] Вернуться к основной статье