Моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния узлов и деталей турбомашин для оценки их трещиностойкости

• Автор: Дудник, Татьяна Анатольевна
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ОГЛАВ ЛЕГШЕ

Введение
1. Методы определения прочности деталей и узлов, содержащих дефекты
1.1. Особенности работы резьбовых соединений турбомашин и
турбоустановок
1.2. Анализ металлургических дефектов в заготовках валов
энергетических турбоустановок
1.3. Состояние вопроса по обоснованию допустимых размеров
дефектов в валах
1.4. Современное состояние расчетных методов оценки прочности
деталей и элементов конструкций, содержащих трещины
1.4.1. Оценка хрупкой прочности деталей и элементов конструкций
1.4.2. Расчет циклической трещиностойкости
1.5. Методы экспериментального исследования коэффициентов
интенсивности напряжений
1.6. Фотоупругие методы определения коэффициентов
интенсивности напряжения
1.7. Выводы и постановка задач исследования
2. Разработка методики моделирования задач механики разрушения и исследования напряженного состояния конструкций и узлов турбомашин методом фотоупругости
2.1. Проектирование фотоупругих моделей и выбор схемы их
нагружения
2.1.1 Крупногабаритные резьбовые соединения турбомашин
2.1.2 Роторные валы турбомашин
2.2. Измерение оптических величин, определение напряжений
в моделях и используемое оборудование
2.3. Методика моделирования задач механики разрушения
2.3.1. Экспериментальный метод определения коэффициентов интенсивности напряжений трех типов
2.4. Соотношение между характеристиками напряженно-
деформированного состояния моделей и натурных объектов
2.5. Выводы по главе
Технология изготовления моделей с трещинами заданных размеров
и их нагружение
3.1. Получение заготовок и изготовление моделей
3.2. Нанесение трещин на модели
3.3. Выбор величины нагрузки и нагружение моделей
3.4. Определение оптико-механических характеристик материала
моделей
3.5. Выводы по главе
Исследование напряженно-деформированного состояния моделей методом фотоупругости на основе разработанной методики
4.1. Напряженно -деформированное состояние крупногабаритных резьбовых соединений Турбо машин при отсутствии трещин
4.1.1. Соединение «шпилька-гайка»
4.1.2. Соединение «корпус-шпилька»
4.2. Коэффициенты интенсивности напряжений в узлах резьбовых соединений турбомашин
4.2.1. Соединение «шпилька-гайка»
4.2.2. Соединение «корпус-шпилька»
4.3. Исследование взаимодействия множественных дефектов
4.4. Выводы по главе
Оценка трещиностойкости деталей и узлов турбомашин
5.1. Определение допустимых дефектов и допустимых расстояний
между дефектами в заготовках валов турбоагрегатов
5.1.1. Анализ режимов нагружения валов энергетических установок

5.1.2. Определение напряжений в роторном валу
5.1.2.1. Напряжения, возникающие под действием центробежных сил
5.1.2.2. Термомеханические напряжения
5.1.2.3. Остаточные напряжения
5.1.2.4. Напряжения от изгибающих моментов
5.1.2.5. Напряжения от крутящих моментов
5.1.2.6. Напряжения от посадок с натягом
5.1.3. Определение наиболее опасной ориентации и места расположения металлургических дефектов на основе
анализа напряженного состояния вала
5.1.4. Определение допустимых дефектов и расстояний
между ними
5.2. Оценка хрупкой прочности резьбовых соединений
5.2.1. Анализ коэффициентов интенсивности напряжений для
оценки хрупкой прочности резьбовых соединений
5.2.2. Определение размеров гипотетических трещин для расчета резьбовых соединений на хрупкую прочность
5.3. Выводы по главе
Общие выводы
Список литературы
Приложение

Чтобы успешно использовать расчетные методы на хрупкую прочность применительно к резьбовым соединениям, необходима оценка значений коэффициентов интенсивности напряжений в их рабочих витках с учетом особенностей конструкции таких соединений, что также обуславливает актуальность модельных исследований.
Решение задач о взаимодействии трещин, а также о взаимодействии между трещинами и границами тел в плоской постановке приведены в работе В.В. Панасюка с соавторами [67]. Они обобщили и значительно дополнили полученные ранее решения. На рис. 1.4 представлены результаты исследования влияния взаимодействия трещин на разрушающую нагрузку пластин. При этом выбирались лишь некоторые результаты для наиболее интересных с практической точки зрения задач. На всех графиках р0 - разрушающая нагрузка пластины с одиночной трещиной длиной 21; р - разрушающая нагрузка для данной геометрии. Некоторые выводы могут быть сведены к следующему.
Коллинеарное расположение (рис. 1.4,а) является наиболее опасным видом взаимной ориентации трещин. Для внутренних вершин этих трещин критические нагрузки меньше, чем для внешних. Поэтому развитие трещин происходит сначала навстречу друг другу, затем после разрушения перемычки растет трещина удвоенной длины. При малых перемычках между трещинами (к> 0,9) их разрушение еще не влечет за собой разрушения всей пластины. При Х<0,2 значения критических нагрузок для внутренних и внешних вершин одинаковы, т.е. взаимодействие между трещинами отсутствует. Эти выводы справедливы и для произвольно ориентированных трещин (рис. 1.4,б). Наименее опасны компланарные трещины (рис. 1.4,в). При расположении трещины у границы отверстия (рис. 1.4, г) или полуплоскости взаимодействие между ними отсутствует при любой ориентации трещины, если Х<0,25. Аналогичные выводы были сделаны и в более поздних работах [19, 118]. В работе [117] был рассмотрен усталостный рост коллинеарно-компланарных систем трещин. Отмечено, что при коллинеарном расположении трещин