Диссертация (Повышение надежности малоподвижных соединений деталей авиационных двигателей, подверженных в эксплуатации влиянию феттинг-коррозии)

1Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования«МАТИ - Российский государственныйтехнологический университетимени. К. Э. Циолковского»На правах рукописиХаинг МинПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МАЛОПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЭКСПЛУАТАЦИИ ВЛИЯНИЮ ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИИСпециальность05.07.05 ─Тепловые, электроракетные двигателии энергоустановки летательных аппаратовДиссертацияна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук,профессорПЕТУХОВ А.Н.Москва - 20152СодержаниеВведение.............................................................................................................. 5Глава.1 Анализ условий, способствующих возникновению процессафреттинга в малоподвижных соединениях деталей ГТД........………….......1.116Анализ эксплуатационных характеристик и условий возникновенияпроцесса фреттинга в деталях и узлах ГТД............................................

161.2Особенности процесса фреттинга…………............................................ 181.3Процесс фреттинга и его влияние на сопротивление усталости ........... 271.4Механизм фреттинга и его влияние на сопротивление усталостималоподвижного соединения ..................................................................1.5Условия возникновения процесса фреттинг-коррозии в узлахавиадвигателей. Взаимодействие контактирующих поверхностей......1.6Особенности образования дефектов и разрушений в конструкциях,связанные c процессом фреттинга..........................................................3034391.7Цели и задачи исследования...................................................................441.8Научно – технические задачи исследования..........................................45Глава.2Обобщениеэкспериментальныхданныхисследованийповреждаемости и усталостной прочности компрессорных лопаток и 47материалов авиационных двигателей……………………………………........2.1.

Оценка несущей способности замковых соединений лопаток ирекомендации по их оптимальному конструированию ........................2.1.1.Методика исследования процесса фреттинга и влияние его насопротивление усталости деталей ..........................................................47482.1.2. Выбор и обоснование метода исследования................................. 512.2. Оценка предела выносливости малоподвижного соединения типа«вал-втулка»...............................................................................................2.353Влияние эксплуатационных факторов на сопротивление усталости 553замковых соединений при действии фреттинга.....................................2.4. Влияние на фреттинг-усталость амплитуды2.5и давления Р............... 56Влияние на сопротивление фреттинг-усталости числа цикловнагружения...................................................................................................2.6Влияние на сопротивление усталости природы материалов..................

592.6.1.Методы определения амплитуды относительных перемещенийи величины нормального давления...........................................................2.758Влияние на сопротивление усталости окружающей среды итемпературы.................................................................................................60612.7.1. Изменение электросопротивления в зоне контакта...................... 642.8Методы повышения сопротивления фреттинг-усталости...................... 672.8.1.Электрические методы......................................................................

682.8.2.Капиллярные методы......................................................................... 682.8.3.Капиллярные дефектоскопы............................................................. 692.8.4.Экспериментальные методики для исследования зарождения...2.8.5.Расчетные методики для описания развития трещин фреттингусталости....................................................................................................69732.8.6.Объекты исследования...................................................................... 77Глава.3СопротивлениеМнЦУзамковыхсоединенийлопатоккомпрессора.....................................................................................................3.1. Влияние на МнЦУ лопаток компрессора особенностей сопряженияхвостовика лопатки с дисковым элементом...........................................3.2Прогнозирование сопротивления усталости замковых соединенийлопаток компрессора.................................................................................3.3808083Влияние видов конструктивного сопряжения хвостовиков, лопатоки пазов дисков на фреттинг-усталость замковых соединений.

86Влияние на усталость конструктивных факторов. Роль масштабного4фактора…………………………………………………………………...3.3.1.Влияние на усталость напряжений смятия.................................... 883.3.2.Влияние на усталость технологических факторов........................ 893.3.3.Влияние на усталость температуры испытаний и материала......3.490Установки для испытания на усталость замковых соединений............ 913.4.1.Тарировка установки........................................................................

923.5Исследования напряжѐнности контактной грани хвостовика привибрационном нагружении......................................................................Глава.4Разработка физической модели процесса разрушения деталейпри воздействии фреттинга...............................................................……........4.1Особенности напряженно-деформированного состояния замковыхсоединений лопаток компрессоров..........................................................961001004.1.1.Статическое нагружение.................................................................. 1004.2 Основы физической модели разрушения деталей в соединенияхавиационных двигателей, подверженных действию фреттинга ……...........4.3 Параметры кривых усталости и обобщенные кривые усталостизамковых соединений.................................................................................1031124.4 Прочность замковых соединений при циклическом нагружении.........

1134.4.1.Конструктивно – технологические методы повышениянесущей способности замковых соединений...........................................4.5 Фреттинг-усталость конструкционных материалов, применяемых вкомпрессорах ГТД и ЭУ………………………………………………………4.6 Современные защитные покрытия от фреттинга деталей и замковыхсоединений лопаток компрессора…………………………………………….118119125Общие выводы.................................................................................................... 133Литература...........................................................................................................

136Интернет-ресурсы............................................................................................... 1405ВведениеВажнейшим фактором при создании современных ГТД являетсятенденция роста основных параметров, уменьшение весовых характеристик,увеличениестатическойидинамическойнагруженностиэлементовконструкций при одновременном повышении их надѐжности.Эти задачи становятся разрешимыми, если в распоряжении конструктораимеются совершенные методы расчѐта деталей машин, достаточный объем идостоверныеданныеконструкционныхопрочностныхматериалов,характеристикахобладающиеприменяемыхнеобходимымиэксплуатационными свойствами, а также сведений о нагруженности основныхдеталей в условиях эксплуатации.Длявыполнениятакихпротиворечивыхтребованийнеобходимыкомплексные исследования, связанные с изучением несущей способностидеталей и элементов конструкций при действии нестационарных нагрузок итемператур, учѐт реального спектра действующих на конструкцию циклическихи вибрационных нагрузок, влияющих на сопротивление усталости деталей.Последнее связано с тем, что разрушения деталей в эксплуатации, чащевсего связаны с усталостными разрушениями и являются следствиемпроявления большого числа факторов, влияющих на сопротивление усталости.К ним относятся технологические факторы, формирующие в процессеизготовления детали (остаточные напряжения, степень наклѐпа и др.),определяющие еѐ эксплуатационные свойства, а также силовые факторы,действующие на объемы металла и формирующие градиенты напряженности.Эксплуатационные (температуры, окружающая среда и др.), формирующиенапряженное состояние детали и, в конечном счѐте, еѐ ресурс.Сложность учѐта даже перечисленных факторов при проектированииконструкций заключается в том, что степень их влияния на усталость неопределяется аналитически, а выявляется лишь при накоплении и обобщении6большого объема статистически достоверных экспериментальных данных, атакже накопленного опыта проектирования и эксплуатации конструкций.К факторам, определяемым экспериментально, относятся:─ чувствительность материалов концентрации напряжений;─ влияние на сопротивление усталости асимметрии цикла нагружения,применяемых методов обработки;─ окружающей среды и др.Роль перечисленных факторов в каждом конкретном случае для каждогоматериаларазлична.Крометого,впроцессеэксплуатацииизделийобнаруживаются и дополнительные факторы, которые влияют на несущуюспособность конструкций и ответственны за ресурс и разрушения.

К нимотносятся также коррозионные и эрозионные повреждения, износ, а такжеповреждения при фреттинге и др. При этом, если многие из перечисленныхфакторов постоянно учитываются, систематически изучаются в лабораторияхпрочности, а полученные данные о них приводятся в справочниках, то сведенияо процессе фреттинга и особенно фреттинг - усталости материалов иконструкций встречаются ещѐ редко. Поэтому влияние этого фактора насопротивление усталости при расчетах на прочность, как правило, неучитывается, хотя предел выносливости детали от повреждений фреттингомможет снижаться в 2  5 и более раз.Классическими примерами проявления процесса фреттинг-коррозиимогут служить повреждения валов на участке прессовой посадки обоймыподшипника на вал, в шлицевых, болтовых, фланцевых и заклепочныхсоединениях,взамковыхсоединенияхлопатоккомпрессоровидр.малоподвижных соединениях.

Процесс фреттинга возникает в зоне контактадеталей, образующих прессовое или малоподвижное соединение в условияхдействия вибрационных и циклических нагружений.Первая попытка определения физической природы явления фреттингабыла предпринята в работе Г.А. Томлинсона, П.Л. Торна и Х.Д. Гафа [9], в7которой авторы в качестве необходимого условия возникновения процесса взоне контакта определили минимальное значение амплитуды относительныхперемещений сопряжѐнных поверхностей, составляющую 100 ̇ .Фреттинг наблюдается как при контакте металлических пар, так иметалловснеметаллическимиискомпозиционнымиматериалами.Отделяющиеся при фреттинге мельчайшие частицы материала, обладаявысокой энергией, быстро окисляются, образуя окислы металлов.Ещѐ А. Тум и Ф.