Прочность элементов конструкций из эвтектических композитов на основе электростатической природы упругости

• Автор: Бадамшин, Ильдар Хайдарович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 276 с. : ил.

Содержание
Основные условные обозначения
Введение
1. Проблемы создания современных газотурбинных двигателей
1.1. Направления исследований в области конструкционной прочности рабочих лопаток газовых турбин
1.1.1. Ключевые технологии в области прочности рабочих лопаток газовых турбин
1.1.2. Перспективы применения монокристаллических жаропрочных сплавов и эвтектических композитных материалов с нитевидными монокристаллами для элементов «горячей части» ГТД
1.2. Механика материалов.и конструкционная прочность лопаток турбин
1.2.1. Модели расчета на прочность лопаток турбин из анизотропных материалов
1.2.2. Модели расчета на прочность лопаток ГТД из композитных материалов
1.2.3. Математические модели напряженно-деформированного состояния матрицы и волокна композитных материалов
1.2.4. Математические модели упругих, теплофизических и физических характеристик монокристаллов, входящих в состав эвтектических
композитных материалов
1.3. Формирование цели работы и постановка задачи исследования
2. Теоретический расчет упругих, прочностных, теплофизических и физических характеристик бездефектных монокристаллов в составе обобщённой модели прочности рабочих лопаток газовых турбин
2.1. Модернизированная обобщённая модель прочности рабочих лопаток газовых турбин
2.2. Электростатическая природа упругости как основа расчёта механических и теплофизических характеристик лопаток из эвтектических композитных материалов

2.2.1. Детерминированная точечная модель упругости бездефектных монокристаллов
2.2.2. Модуль упругости бездефектных монокристаллов
2.2.3. Модуль упругости поликристаллов
2.2.4. Коэффициент Пуассона
2.2.5. Предел упругости монокристаллов
2.2.6. Предел текучести
2.2.7. Предел прочности
2.2.8. Моделирование диаграммы «напряжение - деформация»
бездефектных монокристаллов
2.3. Теплофизические и физические характеристики бездефектных монокристаллов, входящих в состав материала лопатки
2.3.1. Коэффициент теплопроводности
2.3.2. Плотность монокристаллов
2.3.3. Коэффициент теплового расширения
2.4. Расчет модуля упругости и коэффициента теплового расширения в зависимости от температуры
2.5. Сравнительный анализ результатов расчета упругих, прочностных, теплофизических и физических характеристик бездефектных монокристаллов с экспериментальными данными
2.6. Моделирование деформации ползучести нанообъема монокристалла,
входящего в состав эвтектического композитного материала лопатки
Выводы по второй главе
3. Расчёт упругих, прочностных, теплофизических и физических характеристик представительного микрообъема эвтектического композитного материала в составе обобщённой модели прочности рабочих лопаток газовых турбин
3.1. Общая характеристика представительного микрообъема эвтектического композитного материала
3.1.1. Особенности расчета представительного микрообъема
3.1.2. Геометрические размеры представительного микрообъема
3.2. Расчет упругих, прочностных, теплофизических и физических характеристик микрообъема эвтектического композитного материала
3.2.1. Расчет упругих характеристик представительного микрообъема композита
3.2.2. Оценка влияния объёмной доли волокна на упругие, прочностные, тепло физические и физические характеристики представительного микрообъема
3.3. Расчёт упругих характеристик монокристаллических жаропрочных сплавов
3.4. Оценка остаточных термических напряжений в эвтектических композитах
и теплозащитных покрытиях лопаток
3.5. Влияние структуры границы волокна, и матрицы на характер
разрушения микрообъема
Выводы по третьей главе
4. Анализ влияния технологических и эксплуатационных факторов на конструкционную прочность рабочих лопаток и рабочего колеса турбины
4.1. Эвтектические композитные материалы, используемые для рабочих лопаток турбины
4.2. Этапы расчета на прочность рабочих лопаток турбины
4.3. Формирование исходных данных и расчет напряженно-деформированного состояния рабочих лопаток турбины
4.3.1. Граничные условия задачи
4.3.2. Исходные данные для расчёта лопаток из эвтектических композитных материалов
4.3.3. Расчёт характеристик ползучести лопаток турбины
4.4. Результаты анализа влияния технологических и эксплуатационных факторов на конструкционную прочность рабочих лопаток турбины
4.5. Применение разработанной методики расчёта ползучести к оценке конструкционной прочности сектора диска с лопаткой турбины высокого
гидростатического давления. Он представляется полиномом четвертой степени и при плоском напряженном состоянии имеет вид
Коэффициенты а у определяются при рассмотрении различных частных
случаев нагружения предельными нагрузками.
Критерий А.К. Малмейстера. являясь общим критерием прочности, имеет вид полинома, содержащего тензоры прочности второго, четвертого, шестого и более высоких рангов, выражаемые через константы материала:
Существует и ряд других феноменологических критериев прочности
Таким образом, областью применения приведённой модели являются расчёты на прочность лопаток из слоистых композитов с ортотропными свойствами.
Математическая модель расчета на прочность лопаток из композитных материалов [3]
Метод конечных элементов позволяет использовать математические модели на основе трехмерных и оболочечных подходов для решения задач о напряженно-деформированном состоянии лопаток под действием эксплуатационных нагрузок, о собственных и вынужденных колебаниях лопаток. Исследования (1998 г., Т.Д. Каримбаев, A.A. Луппов) на новом более высоком уровне математического моделирования позволили разработать и рекомендовать системный подход при проектировании деталей, например, лопаток из КМ [3, 161-163].
В рамках этого подхода лопатка (рисунок 1.15) рассматривается как трёхмерное тело, а её материал моделируется как однородная среда с
+4a,,a,2ouc722 + 4а]2а22(Уи<у22 + 8огпа66су11о'66 +
(1.3)
(1.4)
[164].