Степаненко Сергій Михайлович. Опір руйнуванню елементів конструкцій авіаційних газотурбінних двигунів та енергоустановок при екстремальних умовах навантаження

Краткое описание

Степаненко Сергій Михайлович. Опір руйнуванню елементів конструкцій авіаційних газотурбінних двигунів та енергоустановок при екстремальних умовах навантаження: дис... канд. техн. наук: 05.02.09 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін- т". - Х., 2004

Степаненко С.М. Опір руйнуванню елементів конструкцій авіаційних газотурбінних двигунів та енергоустановок при екстремальних умовах навантаження. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.09 - динаміка та міцність машин. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2004.
Дисертація присвячена створенню методу прогнозування критичних станів основних елементів конструкцій ГТД і енергоустановок у випадку розвитку в них тріщин, здатних привести до руйнування деталей і виникненню або збільшенню зв'язаних з цим аварійних ситуацій. Обґрунтовано, що критерієм руйнування, прийнятним для розв’язання таких задач в інженерній практиці, може бути силовий критерій за умовами ініціювання тріщин. Для визначення коефіцієнтів інтенсивності напружень у поле нерівномірних навантажень розроблений метод підбору еквівалентної задачі, яка має відомі рішення, а також одержано ряд рішень методом скінчених елементів. На прикладах аналізу тріщин у корпусі реактора ядерної енергоустановки, у дисках компресорів і турбін авіаційних ГТД, у валі гвинта показаний збіг розрахункових результатів і реальних критичних розмірів тріщин. Обґрунтовано, що в умовах, коли в матеріалі збільшуються прояви крихкості, не найглибша тріщина може бути критичною.

Дана дисертація пов’язана з отриманням науково обґрунтованих результатів, які у сукупності розв'язують конкретне наукове завдання одержати ефективний механізм аналізу опору руйнуванню конструкцій для використання конструкторами, які займаються питаннями міцності, що має істотне значення для авіаційного двигунобудування і енергетичного машинобудування. Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному.
1. Вирішуючи задачу вибору критеріїв руйнування, одержано, що для екстремальних умов навантаження конструкцій енергоустановок і ГТД забезпечення опору руйнуванню при наявності тріщин необхідно вести за критеріями ініціювання тріщин, а не за критеріями їх гальмування. Встановлено, що визначення опору руйнуванню з використанням силового критерію по КІН є прийнятним для інженерного аналізу небезпечних руйнувань.
2. У результаті дослідження змін термонапруженого стану при екстремальних умовах навантаження визначено, що не обов’язково найглибша тріщина може бути самою небезпечною. Виходячи з цього, обґрунтована необхідність аналізу спектра тріщин при розгляді опору руйнуванню в таких умовах.
3. Вирішуючи задачу одержання залежності параметрів у вершині тріщини, розроблено методику визначення КІН для тріщини в полі нерівномірного навантаження методом підбору еквівалентної задачі. З використанням даної методики одержана формула для визначення КІН для тріщини, що починається на контурі підкріпленого отвору.
4. Підтвердження правильності обраного критерію руйнування здійснено шляхом іспитів великогабаритних зразків основного металу і зварених швів сталі 15Х2МФА та шляхом порівняння з відомими фактами руйнувань.
5. В рамках дисертаційної роботи був проаналізований опір крихкому руйнуванню корпуса реактора типу ВВЕР-440. Виконано аналіз випадків руйнування в процесі іспитів ЦБК двигуна Д27 і диска 6 ступені КВТ двигуна Д-36. Проаналізовано умови поширення тріщин у критичних зонах дисків турбін двигунів Д-18Т и Д-27. Виконано аналіз умов поширення тріщин по шліцах і у фланці вала гвинта двигуна АІ 20Д 5 серії.
6. Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що розроблені методики визначення КІН реалізовані у вигляді програм для ЕОМ і можуть бути безпосередньо використані в проектних і конструкторських організаціях при аналізі конструкцій із тріщинами при екстремальних умовах навантаження. МСЕ на тривимірних моделях одержані значення КІН для тріщини в смузі, підкріпленій перпендикулярною пластиною, що є розвитком прикладних задач.
Для виявлення критичних зон, небезпечних з позицій виникнення тріщин, автором був запропонований інженерний метод прогнозування циклічної довговічності деталей ГТД, що базується на рекомендаціях ЦІАМ.Для перевірки ефективності конструктивних змін, що зм'якшують напружений стан у концентраторах, автором запропоноване і застосоване проведення чисельних експериментів на базі МСЕ.
7. До основних якісних показників одержаних результатів варто віднести наступне. Одер-
жані результати показують важливість розгляду екстремальних умов навантаження як особливих режимів для конструкцій, здатних при наявності тріщин в металі привести до руйнування.
До основних кількісних показників одержаних результатів варто віднести розроблені методи обчислення КІН і проведені з їхнім застосуванням дослідження випадків руйнувань.
Вірогідність одержаних результатів підтверджується порівнянням виконаних розрахунків і проаналізованих дійсних випадків руйнування.
Рекомендації з використання результатів випливають з основної мети роботи одержати ефективний механізм аналізу опору руйнуванню конструкцій для використання конструкторами, які займаються питаннями міцності.