Материал: Исследование термонапряженного состояния и оценка ресурса охлаждаемой лопатки турбины авиационного ГТД

Основные параметры циклов представлены в таблице 9.

Таблица 9

Для начала, рассчитаем размахи деформации в соответствии с формулой для основного цикла и двух подциклов по формулам:

Затем определяем количество основных циклов до разрушения Np из уравнения Мэнсона, второе решается трижды для основного цикла и двух подциклов. Решение данного уравнения ведём методом приближений:

1.      Рассчитываем значение , представляющего собой левую часть уравнения Мэнсона.

.        Определяем значения коэффициентов

и

Тогда правая часть уравнения Мэнсона примет вид:

3.     
Задавая различные возрастающие значения Npj =10,1100.1000.10000. … рассчитываем значения  и разницы  до достижения изменения её знака.

То значение Npj, при котором происходит смена знака и будет искомым значением.

После этого, считаем повреждаемость П_N по МЦУ для одного ОПЦ по следующей формуле:

Результаты расчётов заносим в таблицу 10.

Таблица 10

В результате получаем Пмцу, опц=8,03458·10⁷

Расчеты были проведены с помощью программного пакеты «Excel»

10.    ОЦЕНКИ РЕСУРСОВ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ПО ДП, МЦУ И СУММАРНАЯ

Общие сведения

Выше было показано, что определяющим повреждающими факторами, которые приводят к выработке ресурса рабочей лопатки турбины авиационного ГТД, являются:

-       длительное статическое нагружение при повышенных температураз или длительная прочность (ДП);

-       повторно-статические и циклические нагружения с большим размахом деформаций - малоцикловая усталость(МЦУ).

Используя информацию о напряжениях  температурах Ti в критической точке лопатки, параметрах обобщённого полётного цикла (ОПЦ) летательного аппарата и моделях материала лопатки выше были получены величины повреждаемости лопатки Пдп,опц и Пмцу,опц за один ОПЦ по критериям ДП и МЦУ.

Тогда модели разрушения лопатки будут иметь вид:

по критерию ДП:

по критерию МЦУ:

где  и  - накопленные разрушающие повреждаемости, а N - количество реализованных ОПЦ на момент разрушения.

Оценка ресурсов рабочей лопатки по ДП и МЦУ

Величины  относят к некоторому эквивалентному установившемуся режиму, на котором время работы равно t_экв, а время до разрушения - tp_экв. Обычно в качестве такого режима вымарают максимальный режим работы двигателя. Тогда:

где  - запас долговечности по критерию ДП

Из формулы выше следует, что

Расчет ведем при помощи программного продукта «Ехсеl». Подставляя различные значения N, считаем коэффициент запаса долговечностги по ДП )

Известно также, что запасы долговечности  и прочности связаны между собой соотношением:

значит, []=

где m(T)=

Тогда следует, что

где m1 - показатель степени в модели LG материала детали типа:

Результаты расчетов представлены в таблице 11.

Таблица 11

Как видно из расчетов, по критерию ДП количество реализованных ОПЦ на момент разрушения составило Т = 2749 циклов = 13242 часа.

Величину П_мцу также относят к некоторому количеству эквивалентных циклов N_экв, число которых до разрушения по критерию МЦУ равно N_р,экв. Выполнив преобразования, аналогичные вьпцеприведенкым, можно получить следуюшие зависимости для определения запасов долговечности n_мцу,N, и прочности n_мцу по критерию МЦУ:

Где m2 - показатель степени в модели МЦУ материала детали типа:

Значение нормированного коэффициента запаса долговечности =10. Тогда

Расчет ведем при помощи программного продукта «Ехсе1». Подставляя различные значения N, считаем коэффициент запаса долговечности по МЦУ (N). Результаты расчетов представлены в таблице 12.

Таблица 12

Как видно из расчётов, по критерию МЦУ количество реазизованных ОПЦ на момент разрушения составило N=124590 циклов или 622952 час.

Приведенные выше зависимости запасом прочности ,  и ,  по критериям ДII и МЦУ, являются детерминированными показателями безотказности детали по наработке. Наработка по МЦУ определяется текущим числом ОПЦ - N, а по ДП [часах ОПЦ] t_Σ=N·t_опц. где t_опц - длительность ОПЦ. То есть, и для ДП наработка может выражаться числом ОПЦ - N, (при известном t_опц). После определения ресурса рабочей лопатки турбины авиационного ГТД при полученном минимальном запасе прочности без учета ползучести = l.3, найдем ресурс лопатки при ,  по критерию ДП.

Определяем величины нормированньпс запасов долговечности по критерию ДП для 1,1; 1,3; 1,5.

После чего на график детерминированной кривой безотказности по критерию ДП наносим уровень значений нормированных запасов долговечности ,  и ,а на график детерминированной кривой безотказности по критерию МЦУ наносим  =10. Результаты расчетов представлены в таблице 13 и на рисунках 9,10.

Таблица 13

Рисунок 7 - Кривая безотказности по наработке по ДП

Рисунок 8 - Кривая безотказности по наработке МЦУ

ВЫВОД

В ходе выполнения расчетной курсовой работы по дисциплине « Термонапряженное состояние и идентификация тепловых режимов элементов тепловых двигателей» был проведен расчет теплонапряженного состояния среднего сечения рабочей лопатки авиационного ГТД. В результате чего было получены поля температур и напряжений по среднему сечению лопатки, найдена критическая точка - точка с минимальным запасом прочности (без учета ползучести); также был проведен расчет коэффициента теплоотдачи с наружной стороны. Получили, ЧТО лопатка удовлетворяет требованиям современной авиации и технологическим возможностям производства. Целью второй части данной курсовой работы является оценка ресурсов лопатки по критериям длительной прочности (ДП) и малоцикловой усталости (МЦУ) (раздельно) на основании информации об обобщенном полетном цикле (ОПЦ) двигателя ы полуденных в первой части работы результатов по температурному и напряженному состоянию лопатки на базовом (взлетном) режиме. Во второй части работы было найдено время до разрушения лопатка на каждом режиме ОПЦ, т.е. ее повреждаемость на этих режимах и суммарная повреждаемость лопатки за ОПЦ по критерию ДП. До этого были построены кривые ДП для всех режимов ОПЦ н кривая Ларсона-Миллера для материала лопатки ЖС-32. Также был проведен расчет количества циклов до разрушения лопатки на основном цикле и 2-х подциклах ОПЦ, т.е. повреждаемость лопатки на этих циклах и ее повреждаемость за ОПЦ по критерию МЦУ. Затем был определен ресурс лопатки при различных значениях нормированных запасов прочности па критерию ДП  = 1,1; 1,15; 1,2. Было получено, что при увеличении запаса долговечности ресурс рабочей лопатки снижается, т.к. при уменьшении запаса долговечности увеличивается число циклов ОПЦ. Все расчеты велись при помощи программного продукта Excel и MathCAD, а все результаты расчета представлены в виде таблиц, графиков и рисунков.