Процессы повреждения посторонними предметами и снижение усталостной прочности лопаток компрессоров газотурбинных двигателей

• Автор: Семенова, Ирина Валерьевна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ ПРОЧНОСТИ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ ПОСТОРОННИМИ ПРЕДМЕТАМИ
1.1. Методология обеспечения усталостной прочности лопаток компрессоров
1.2. Повреждение лопаток компрессора при попадании посторонних предметов
1.3. Методы и результаты исследований повреждаемости лопаток посторонними предметами
1.4. Влияние повреждений посторонними предметами на усталостную прочность лопаток
Выводы по главе
2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛОПАТОК. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ
2.1. Постановка задачи численного моделирования процесса повреждения лопаток
2.2. Методика численного моделирования процесса повреждения лопаток
2.3. Результаты расчетного моделирования процесса соударения лопатки
с посторонним предметом
2.4. Влияние скорости постороннего предмета на процесс повреждения лопатки
2.5. Влияние толщины входной кромки на процесс повреждения
лопатки
Выводы по главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ПОВРЕЩЩНИЯ ЛОПАТОК
3.1. Постановка задач экспериментального исследования
3.2. Описание методики эксперимента, экспериментальной установки и обработки результатов
3.3. Идентификация и верификация математической модели по результатам предварительных экспериментов
3.4. Идентификация и верификация математической модели повреждения
по результатам экспериментов на натурных лопатках
Выводы по главе

4. ВЛИЯНИЕ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОСТОРОННИМИ ПРЕДМЕТАМИ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ ЛОПАТОК
4.1. Методика расчета теоретических коэффициентов концентрации напряжений в лопатках с повреждениями
4.2. Теоретические коэффициенты концентрации напряжений в лопатках
с повреждениями
4.3. Эффективный коэффициент концентрации напряжений в лопатках с повреждениями
4.4. Методика оценки эффективности мероприятий по повышению стойкости лопаток к повреждениям посторонними предметами
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение. Акт внедрения результатов работы в ОАО «Авиадвигатель»

ВВЕДЕНИЕ
Газотурбинные двигатели (ГТД) являются основным типом двигателей в гражданской и военной авиации, используются в судостроении, энергетике, газовой промышленности. Важнейшее требование к двигателям, в особенности авиационным - высокая надежность.

В проблеме обеспечения надежности ГТД важная роль принадлежит надежности самых массовых деталей - лопаток. Лопатки являются сложными высоконагруженными ответственными деталями, испытывающими в течение длительного времени эксплуатации сложный комплекс воздействий различной природы (статические нагрузки, вибрации, нагрев). Поломки лопаток приводят к серьезным авариям, материальным потерям.
В настоящее время разработаны эффективные методы обеспечения прочности лопаток. В частности, традиционный подход к обеспечению усталостной прочности состоит в расчете или экспериментальном определении собственных частот и форм колебаний лопатки, экспериментальном определении вибронапряжений и предела выносливости. Такой подход проверен многолетней практикой и в целом себя оправдывает.
Тем не менее, поломки лопаток при доводке и эксплуатации двигателей, хотя и редко, случаются. Одна из наиболее распространенных причин -попадание посторонних предметов (111111) в проточную часть двигателя. По данным ГОС НИИ ЭРАТ до 30...40% досрочных съемов двигателей происходят именно по этой причине [1]. Повреждения на кромках лопаток компрессоров в виде забоин, вмятин и т.д. становятся концентраторами напряжений и понижают вибропрочность лопаток. Возможность существования таких повреждений учитывается при проектировании лишь коэффициентом запаса, не всегда достаточным для компенсации их отрицательного влияния. Несмотря на предпринимаемые меры защиты двигателей от попадания посторонних предметов, появление во время эксплуатации таких дефектов

условия ее работы: эксплуатационные статические напряжения, форма колебаний, рабочая температура.
Факпоры, определяющие повреждение лопаток посторонними предметами
5І & . і>
Конструктивные II технологические Эксплуатационные 1 Дополнительные
Свойства лопатки: Свойства ГШ: Условия работы лопатки:
- ступень - форма - локализация повреждения
- форма и размеры - масса - форма колебаний
- масса - механические св-ва мат-ла - сі этические и
- механические ев-ва мат-ла - ориентация при контакте динамические напряжения
- закрепление, бандаж - направление и скорость - температура
Рис.2.1. Факторы, влияющие на повреждение лопаток посторонними предметами
Модель поведения лопатки при соударении должна позволять по заданным характеристикам лопатки, условиям ее работы, массовым и энергетическим характеристикам повреждающего предмета определить параметры повреждения лопатки: локализацию, форму и размеры, остаточные деформации.
Принципиальными особенностями исследуемого процесса соударения лопатки с посторонним предметом, которые необходимо учесть при математическом моделировании, являются:
. нестационарный, динамический характер процесса,
. трехмерное динамическое напряженно-деформированное состояние лопатки,
♦ нелинейное поведение материала, возникновение в лопатке в процессе соударения необратимых деформаций и разрушения,
. контактов взаимодействие лопатки с посторонним предметом, характеризующееся неизвестной, изменяющейся во времени площадкой контакта и нагрузкой на этой площадке,
, многообразие и случайный характер массовых и энергетических характеристик ПП.