Проектирование элементов деталей гтд с учетом статической и циклической прочности и долговечности
9. Проектирование элементов деталей ГТД с учетом статической и циклической прочности и долговечности
§ 9.1. Использование моделей статической прочности и долговечности
1) Коэффициент запаса длительной статической прочности
Например, 
.
- характеристика материала, которая определяется экспериментально.
Рекомендуемые материалы
Рис.7 –
где 
- время до разрушения.
Причем, 
.
Обобщение экспериментальных данных:
,
где 
, m – константы, зависящие от свойств материала, температуры,
m – характеристика потери прочности, для большинства конструкционных материалов m = 4÷20, для материалов дисков m = 8÷12.
2) Запас долговечности
где 
- время работы до разрушения при напряжении 
и температуре t,
- время работы.
3) Запас по температуре характеризует, какое возможно изменение температуры при данном изменении 
при постоянном σ, τ:
,
где 
- температура, при которой может произойти разрушение при 
и 
.
.
4) Оценка прочности с учетом многорежимного характера нагружения
Рассмотрим i-й режим работы (максимальный).
Повреждение на i-ом режиме работы:
,
где 
- время работы на i-ом режиме,
время до разрушения на i-ом режиме.
Гипотеза линейного суммирования повреждений
Степень повреждения на n режимах:
.
Прочностная надежность с учетом многорежимности оценивается эквивалентным коэффициентом запаса прочности 
. Величину находят путем приведения всех режимов к одному, наиболее тяжелому 
.
Для i-го режима:
.
На эквивалентном режиме время работы выбирают из условия:
,
.
Запас по несущей способности
,
где 
- разрушающая частота вращения,
- максимальная рабочая частота вращения.
§ 9.2. Модели циклической долговечности
§
§ 9.2.1. Понятие о циклической долговечности
В деталях ГТД под действием статических нагрузок происходит постепенное накопление дефектов строения (вакансий, дислокаций, …). Что приводит к появлению микротрещин, а далее и макротрещин. Деталь разрушается.
Если нагрузки носят повторно-переменный характер и воздействует температурный фактор (нагрев), то процесс накопления дефектов ускоряется в сотни раз. В этих условиях часто работоспособность материала определяется не продолжительностью эксплуатации, а числом циклов нагружения. Например, если 
, то число циклов нагружения 
, а если присутствует нагрев, то 
.
Различают 2 разновидности циклического нагружения:
1) 
в материале развивается термическая усталость;
2) 
в материале развивается малоцикловая усталость.
Рисунок 8 – Полетный цикл (обобщенный цикл нагружения)
§ 9.2.2 Оценка долговечности при изотермическом малоцикловом нагружении.
Зависимость Мэнсона:
,
где 
- число циклов до разрушения;
- среднее напряжение цикла.
Рисунок 9 – Напряжение цикла
- предел прочности;
- размах деформации за цикл;
;
Рисунок 10 – Размах деформации
- относительное поперечное сужение материала при разрыве;
Е - модуль упругости.
Зависимость Мэнсона используется только для симметричного цикла нагружения.
Рисунок 11 – Симметричный цикл
§ 9.2.3. Оценка долговечности в условиях термической усталости
Зависимость Коффина:
,
где 
- константа, зависящая от температуры, длительности цикла;
;
.
Рисунок 12 – Зависимость размаха термических напряжений от числа циклов для сплава ЖС6К
§ 9.2.4. Запас по циклической долговечности
;
где 
- число циклов до разрушения.
.
При оценке циклической долговечности особое внимание уделяют анализу напряженно-деформированного состояния в зонах концентрации напряжений.
;
где 
- теоретический коэффициент концентрации напряжения;
- максимальное напряжение в зоне концентрации;
- номинальное напряжение.
Для круглого отверстия при действии напряжений вдоль одной из осей симметрии:
1) 
Рисунок 13 – Напряжение вдоль одной из осей симметрии
2) При действии напряжений в направлении двух перпендикулярных осей
Рекомендация для Вас - 11 - Специализированные процессоры для ИС.
Рисунок 14 – Напряжение в направлении двух перпендикулярных осей
3) 
, если 
Рисунок 15 – …
