Анотація до роботи:

Сидяченко В.Г. Прогнозування розвитку тріщин в матеріалах дисків АГТД з урахуванням накопичення пошкоджень від втоми та повзучості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.02.04 – механіка деформівного твердого тіла. – Інститут проблем міцності НАН України, Київ, 2002.

Досліджено вплив конструкційних та експлуатаційних чинників на кінетику розвитку тріщин в конструкційних сплавах, що застосовуються для виготовлення дисків АГТД.

Показано, що витримки 300 та 3600 сек при максимальному навантаженні в трапецеїдальному циклі навантажування викликають підвищення швидкості росту тріщин в сплаві ЕП962 в десятки разів, а в сплаві ЕП742 в декілька раз при температурі 973К. Показано, що при наявності на діаграмі росту тріщин повзучості першої ділянки, на якій швидкість росту тріщин зменшується, прогнозування кінетики розвитку тріщин при трапецеїдальній формі циклу, можна здійснювати за допомогою лінійної гіпотези підсумовування швидкостей росту втомних тріщин і тріщин повзучості, але з урахуванням даних про початкову ділянку діаграми росту тріщин повзучості.

Запропоновано два емпіричні підходи до визначення середньої швидкості на першій ділянці кривої росту тріщин повзучості.

1. В результаті проведеного комплексного експериментального дослідження отримано дані про вплив температури, ефекту масштабу на закономірності розвитку тріщин в конструкційних сплавах ВТ9, ЕП742, ЕП962, які застосовуються для виготовлення дисків компресорів і турбін АГТД. Вивчено вплив концентраторів напружень у вигляді отвору та бокової виточки на зароджування та розвиток тріщин при різних температурах та рівнях навантажування. Показано, що при напруженнях, які не перевищують границю текучості матеріалу в зоні впливу концентратора, збільшення температури та рівня номінальних напружень приводить до зменшення частки ресурсу зразка з тріщиною, що розвивається по відношенню до загальної довговічності зразка.

2. Встановлено, що витримки при максимальному навантаженні в трапецеїдальному циклі тривалістю 300 сек і 3600 сек збільшують швидкість росту тріщин в декілька раз для сплава ЕП742 і в десятки разів для сплава ЕП962.

3. Експериментально встановлено, що крива росту тріщин повзучості в сплавах ЕП742 і ЕП962 при температурі 973К у координатах “довжина тріщини – час” складається з трьох відрізків. Тривалість першого відрізка, на якому швидкість поширення тріщини зменшується, складає від десятка до сотень годин.

4. Виконано розрахунок швидкості росту тріщин в сплавах ЕП742 і ЕП962 при трапецеїдальній формі циклу навантажування з витримками 300 сек і 3600 сек за лінійною гіпотезою підсумовування швидкостей росту тріщин при циклічному та довготривалому статичному навантажуванні без урахування особливостей розвитку тріщин на першій ділянці кривої поширення тріщин повзучості. На основі дослідів показано, що такий розрахунок не відповідає експериментальним даним.

5. Показано, що розрахунок за допомогою моделі Саксени, яка враховує релаксацію напружень під час витримок, не дає можливості прогнозувати швидкість росту тріщин в сплавах ЕП742 і ЕП962 при трапецеїдальному навантажуванні з витримками 3600 сек.

6. В результаті узагальнення експериментальних даних запропонована модифікація лінійної гіпотези підсумовування швидкостей росту тріщин втоми та повзучості. Вона полягає в тому, що в якості швидкості росту тріщини повзучості пропонується використовувати значення середньої швидкості на початковій ділянці кривої росту тріщини замість швидкості, що визначається з кінетичних діаграм, побудованих за даними на другій та третій ділянках.

7. Запропоновано два методи визначення середньої швидкості на початковій ділянці. За першим методом швидкість росту тріщини повзучості на першій ділянці пропонується визначати шляхом ділення мінімально визначеної величини підростання тріщини від початку експерименту на час, за який початковий приріст відбувся. За другим методом припускається, що момент виходу тріщини повзучості на початок другої ділянки відповідає моменту, коли швидкість росту тріщини повзучості дорівнює швидкості поширення розміру зони повзучості біля вістря тріщини. В цьому випадку визначається час, через який настане виконання умови рівності між швидкостями, і розмір зони повзучості на цей момент. Середню швидкість на першій ділянці пропонується відшукати як частинне від ділення визначеного розміру зони повзучості на час, за який початкова зона повзучості досягла таких розмірів.

8. Розрахунок швидкості росту тріщин при трапецеїдальній формі циклу навантажування за модифікованою лінійною гіпотезою підсумовування швидкостей показав, що в області малих значень КІН (ближче до порогових), застосування першого методу до визначення середньої швидкості росту тріщини повзучості дає завищену оцінку порівяно з експериментом, а застосування другого навпаки – занижену. В області великих значень КІН (ближче до критичних) при розрахунку за двома запропонованими методами спостерігається протилежна закономірність. Тому швидкість розвитку тріщин повзучості на першій ділянці кривої росту тріщини пропонується оцінювати за двома методами та використовувати в модифікованій лінійній гіпотезі підсумовування швидкостей ті результати розрахунку, котрі прогнозують більші швидкості розвитку тріщини.

9. В результаті аналізу напруженого стану біля вістря тріщини повзучості, виконаного на основі відомих аналітичних залежностей, отримано співвідношення між середньою швидкістю на початковій ділянці і усталеною швидкістю росту тріщини повзучості. Отримане співвідношення залежить тільки від властивостей усталеної повзучості матеріалу та інваріантне до зміни коефіцієнту інтенсивності напружень. Показано, що отримана залежність задовільно описує експериментально отримані результати, а також дані, які наведені в літературі для сплавів Inconel 738 та IN100.

Публікації автора:

Основні:

1. Покровский В.В., Трощенко В.Т., Цейтлин В.И., Ежов В.Н., Замотаев В.С., Сидяченко В.Г. К оценке ресурса дисков АГТД на стадии развития усталостных трещин. Сообщение 1 //Пробл. прочности. – 1994. – №11. – С.14-19.

2. Покровский В.В., Трощенко В.Т., Цейтлин В.И., Ежов В.Н., Замотаев В.С., Сидяченко В.Г., Самулеев В.В. К оценке ресурса дисков АГТД на стадии развития усталостных трещин. Сообщение 2 //Пробл. прочности. – 1994. – №12. – С.3-15.

3. Покровский В.В., Ежов В.Н., Сидяченко В.Г. Особенности распространения трещин ползучести при статическом нагружении в жаропрочных никелевых сплавах //Пробл. прочности. – 2001. - №5. – С.52-64.

4. Покровский В.В., Ежов В.Н., Сидяченко В.Г. Прогнозирование скорости роста трещин в сплавах ЭП742 и ЭП962 при совместном воздействии циклических и статических нагрузок при температуре 973 К. //Вестник КПИ. Серия Машиностроение. – 2001. – вып.41. – С.221-227.

Додаткові:

1. Покровский В.В., Ежов В.Н., Сидяченко В.Г К вопросу создания методики прогнозирования долговечности дисков АГТД на стадии развития трещин // Вибрані праці ІІ Міжнародної конференції. «Механіка руйнування і міцність конструкцій». – Т.3. – Львів. – 1999. – С.166-169.

2. Сидяченко В.Г, Ежов В.Н., Покровский В.В. Прогнозування живучості деталей ГТД та розробка методів запобігання їх катастрофічного руйнування // Тези доп. Всеукраїнської Молодіжної конференції «Людина і космос». – Дніпропетровськ: НЦАОМУ. – 1999. – С.91.

3. Покровский В.В., Ежов В.Н., Сидяченко В.Г. Прогнозирование скорости развития трещин в материалах дисков с учетом режимов нагружения // Труди міжнародної конференції «Оцінка і обгрунтування продовження ресурсу елементів конструкцій». – Том. 2. – Київ: ІПМіц НАН України. – 2000. – С. 851 – 856.

4. Покровский В.В., Ежов В.Н., Сидяченко В.Г. Научно-техническое обоснование эксплуатации дисков турбин и компрессоров по техническому состоянию: перспективный подход увеличения назначенного ресурса АГТД // Тези допов. Міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми динаміки і міцності в газотурбобудуванні. – Київ: ІПМіц НАН України. – 2001. – С.105-106.