ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Рост трещин при испытаниях по программе ЭЦИ из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Для испытаний каждый диск в составе с промежуточным кольцом устанавливали на опорной плите (рис. 9.24). Нагрузку с помощью гидравлического устройства прикладывали к ступичной части диска. Испытания вели по двум программам. Одна из них предусматривала нагружение диска (условно 1) с постоянной амплитудой перемещений по треугольной форме цикла с частотой 0,8 Гц и асимметрией 0,07. В этом случае была реализована постоянная деформация (в осевом перемещении) диска в ступичной его части. Другая программа предусматривала нагружение диска (условно 2) чередующимися циклами треугольной и трапецеидальной формы. При обоих видах нагружения реализовывался прогиб полотна диска в 2,8 мм, и при трапецеидальной форме цикла время выдержки диска при таком прогибе его полотна составило 20 с. Частота приложения к диску циклов треугольной формы составляла 0,8 Гц. В соответствии с программой испытаний через каждые 500 циклов производили смену одного вида нагружения другим. [c.491] Важно подчеркнуть, что фасеточный рельеф излома, типичный для эксплуатационных разрушений не был сформирован. [c.492] Последующие испытания с фиксированием следующих ускорений накопления сигналов АЭ и контроль диска другими методами показали наличие и увеличение размеров распространявшейся усталостной треп1ины. [c.493] Второй перелом на акустограмме (см. рис. 9.26) отражает момент достижения трещиной длины около 4 мм. С этого момента происходит интенсивное нарастание скосов от пластической деформации по поверхности диска. Расчет числа усталостных бороздок для интервала длины 1-4 мм показал, что их число составляет около 2500 штук. Это практически полностью соответствует числу циклов нагружения диска в интервале длительности испытаний между первым и вторым изменением характера накопления сигналов АЭ на акустограмме (см. рис. 9.26). [c.493] выполненные испытания диска 1 показали, что характер разрушения в процессе роста трепщны не отражает характера разрушения диска в эксплуатации. Вместе с тем данные по регистрации момента зарождения усталостной трещины показали высокую эффективность метода АЭ. [c.493] В процессе испытаний диск 2 непрерывно контролировали методом АЭ и периодически проводили контроль вихретоковым методом и методами УЗК и ЛЮМ-А. Помимо того, после первого резкого возрастания сигнала АЭ проводили пять раз маркирование излома для фиксации фронта трещины. При каждом маркировании диск нагружали 500 маркерными циклами треугольной формы, при которых прогиб полотна диска равнялся 1,0 мм. Маркирование проводили при наработке диска с начала испытаний 1500, 2500, 5500, 6500 и 8500 циклов. При этом второе маркирование проводили после второго резкого возрастания сигнала АЭ, а последнее — при сквозном прорастании трещины на всю толщину задней части ступицы диска. [c.493] В дальнейшем за трещиной наблюдали визуально, фиксируя ее размеры по поверхности с обеих сторон диска. Испытания прекратили после того, как трещина пересекла все сечение ступицы диска и примерно половину радиального сечения его полотна. Последовательное положение фронта трещины в диске, выявленное при фрактографи-ческом исследовании, представлено на рис. 9.27. [c.494] В пределах ступичной части излома диска были выявлены два типа рельефа волнистый рельеф внутризеренного разрушения со следами выраженной пластической деформации материала в виде пересекающихся полос скольжения и усталостные бороздки. Зоны с усталостными бороздками представляли собой участки, окруженные волнистым рельефом, и их доля в изломе составила по площади около 50 %. [c.494] Вблизи переднего торца ступицы с переходом к полотну фрагментарность зон с усталостными бороздками возрастала, их шаг стал превышать 2 10 м, а волнистый рельеф постепенно сменился ямочным. На расстоянии от ступицы более 10 мм, где в полотне наиболее отчетливо видны контуры фронта трещины в виде усталостных ме-золиний, ямочный рельеф занимал подавляющую площадь излома. Усталостные бороздки здесь были очень локализованы и только около передней поверхности полотна они расположились вдоль фронта трещины, образуя блок из нескольких штук. [c.494] Выполненная таким образом систематизация результатов исследования показала, что от очага поверхностная полуэллиптическая трещина развивалась по всему фронту, имея вначале большую скорость по направлению к переднему торцу ступицы диска и к его центральному отверстию по сравнению с ее скоростью в сторону заднего торца ступицы. Трещина первоначально вышла на поверхность центрального отверстия диска и стала сквозной, затем развернулась и далее в пределах ступицы росла практически параллельно оси диска, а в полотне постепенно разворачивалась в сторону его обода. Такое распространение трещины в теле испытанного на стенде диска соответствовало распространению трещин, которые зарождались в дисках от галтели в эксплуатации. [c.496] Необходимо отметить, что вплоть до повторного ускорения трещины шаг усталостных бороздок и средняя СРТ практически соответствовали друг другу, при этом величина СРТ и шага бороздок достигала около 1,25 10 м. После повторного ускорения трещины niar бороздок стал существенно отставать от средней СРТ. Такое расхождение между шагом бороздок и СРТ объясняется тем, что, как было установлено при фрактографиче-ском исследовании, именно при превышении этой величины шага бороздок существенную роль в разрушении материала начинает играть механизм статического проскальзывания трещины, и поэтому шаг бороздок не отвечает фактической скорости роста трещины. [c.496] Рассмотренный характер развития трещины в ступичной части диска с наличием этапа торможения качественно подобен распространению трещины в листовом материале панели крыла ВС при ее приближении к подкрепляющему стрингеру. При прохождении стрингера трещина также тормозится. При этом происходит последовательное изменение формы фронта трещины. [c.496] что традиционные методы контроля не сразу выявили трещину в диске, связано с тем, что все они по-разному реагируют на неоднородность диска в виде несплошности. Поверхностные трещины малых размеров имеют высокую плотность, в том числе и из-за наличия в диске поверхностных сжимающих напряжений, и их раскрытие мало даже при действии максимальных напряжений цикла нагружения [12, 13], а в свободном состоянии это раскрытие становится еще меньше. [c.497] при оценках по шагу усталостных бороздок длительности разрушений титановых дисков, материал которых не имеет чувствительности к форме цикла нагружения и разрушается преимущественно по механизму образования бороздок, расхождение между шагом бороздок и СРТ с достаточной для практики точностью учитывается поправочным коэффициентом ky/ , величина которого зависит от СРТ. [c.498] Полученная поправка для корректировки длительности разрушения диска, испытанного на стенде УИР, которую оценивали по результатам измерения шага усталостных бороздок, составила ky/s = 1,4. В результате корректировки длительность роста трещины составила около 7000 циклов. При проведении стендовых испытаний было реализовано всего 15000 циклов. Эта оценка для области МЦУ не противоречит данным по соотношению между периодом роста трещины и общим периодом нагружения образцов, который составляет около 50 %. [c.498] Эта величина эквивалентного напряжения близка к величине напряжения, которая была рассчитана методом конечных элементов и равнялась примерно 740 МПа для сл5гчая прогиба полотна диска в 1,7 мм. [c.498] ОТ условий разрушения диска, необходимо учитывать также введением коэффициента (/гй)пЕР возможное влияние на величину шага формы цикла нагружения, которое может быть весьма существенным. [c.499] Диагностика дисков компрессоров ГТД методом акустической эмиссии позволяет регистрировать момент возникновения усталостной трещины в диске при разных формах цикла нагружения. [c.499] Как было подчеркнуто в главе 1, программы стендовых испытаний формируют в соответствии с определенной систематизацией циклов нагружения, отвечающих реальному профилю полета самолета. В рассматриваемом случае программа подразумевала нагружение диска одним импульсом нагрузки с небольшой выдержкой при максимальных оборотах двигателя. [c.499] Очаг разрушения испытанного диска был расположен у основания длинных шлиц на расстоянии около 4,5 мм от их края, обращенного к заднему торцу диска. Подобное расположение очага разрушения было выявлено у трех эксплуатационных дисков и в соответствии с расчетами диска на прочность совпадает с местом наибольшей концентрации нагрузки. [c.499] Вернуться к основной статье