автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Разработка метода эквивалентных испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях

Самарский ордена Трудового Красного Знамени государственный аэрокосмичзский университет им.академика С.П.Королева

На правах рукописи Для служебного пользования

СОЖННИКОВ ВИКТОР АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ТУРБИН В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

05.07.05

Тепловые двигатели лэтательннх аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 1993

Работа выполнена в Самарском ордена Ленина государственном научно-производственном предприятии "Труд"

Научный руководитель - доктор технических наук

Кленевский. Д.С.

Официальные оппоненты: Засадненный деятель науки и техники РФ,

д.т.н., профессор Жуков Е.А.

Кандидат технических наук Федосеев А.К.

Ведущая организация Самарское конструкторское бюро

машиностроения

Защита состоится "_"_1993г. в_ часов на

заседании специализированного совета № Д 063.87.01 при

Самарском государственном аэрокосмическом университете им. академика С.П.Королева (443086, г.Самара, Московское шоссе,34).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "_"___ 1993г.

Ученый секретарь

специализированного совета

к.т.н., доцент

В.П.Рйевский

ОЫЦАН ХАРАКТЮТС'ШКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Повышение требований к надёжности и пара-трам современных авиационных ГТД, рост ресурса и темпов создания доводки двигателей обуславливает необходимость развития новых медов прочностной доводки двигателей, включащих уточненные методы счетной оценки прочности и ресурса элементов конструкций двигатв-и экспериментальные методы их доводки по параметрам прочности в бораторных условиях.

Широкое распространение в настолчее время получали методы по ловой доводки и стендовые испытания полноразм°рных двигателей. н°кг> первые в большинстве случаев да^г .лишь сравнительную оценку очности элементов конструкций и не позволяют оценивать их ресурс пэальных условиях эксплуатации,а аториа весьма трудоемки и доро-ст^ящи.

Достигнутый в настоящее время вровень развития эксперименталь-х установок и испытательннх стендов. позпг>лящих качественно иодировать в лабораторных условиях эксплуатационное нагружяние эле-нтов конструкций д^игател", и подходов к описанию их предельного стояния при различных видах нагружвния, включая сложное много*ак-рное нагружение, позволяет сделать важный шаг вперед: проводить ливалентные испытания: элементов конструкций двигателе в лаборатор-х условиях. Это стало возможным благодаря работам Р.С.Кинасотвили, Д.Кузнецова, И.А.Биргера, Л.И.Лозицкого, В.И.Цейтлина и других еных, внесших большой «клад в решение проблемы повышения прочнос-надёжности и песурса авиационных. ИХ

Одной из ответственных и выооконагруженных щзталяй ИД, тре-адей большого объема расчетных и экспериментальных исследований во многом ограничивающей ресурс двигателя, является рабочая шатка тупбины, которая в процессе эксплуатации подвергается слож->му многофакторному нагружению, р°ализуидемуся в яеизотергаческих

условиях.

Поэтому особую актуальность приобретает разработка метода формирования программ и методики проведения эквивалентных испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях, позволяющих уже н; ранних стадиях создания и доводки двигателя отработать оптимальные конетрукторско-технологические решения и экспериментально проварить работоспособность лопаток на заданный ресурс двигател; исследование дегбормацконных и прочностных свойств материалов лопаток при циклическом нагружении, позволяющих строить адекватны! математические модели материала в широком диапазоне температур; исследование предельного состояния натурных лопаток турбин при сложных программах многойакторного неизотермического нагружения, моделируюцих эксплуатационные; разработка программных средств для оперативной оценки параметров нагруженности лопаток при ист таниях и в условиях эксплуатации с высокой достоверностью получаемых результатов.

"елью данной работы являлась разработка метода формиооваш программ и методики проведения эквивалентных испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях.

В соответствии с указанной целью в диссертации поставлены следунцие основные задачи:

1. Разработать методику исследования деформационных и прочностных свойств лопаточных материалов при циклическом нагруженш в эксплуатационном диапазоне температур; реализовать её для сплг ва ЖС31) с ориентацией кристаллографических осей [иЫ] и по результатам исследований построить математическую модель сплава.

2. Разработать методику исследования предельных характерно: натурных лопаток турбин при сложных программах многофакторного неизотермичэского нагружения, вклотанцую методику проведения испытаний и программное обеспечение для расчетного анализа парамет

юв теплового и напряженнодепйормированного состояния лопаток при' юпнтаниях и в условиях эксплуатации.

3. Сформулировать и обосновать принципы фоомиро°ания программ 1квивалентных испытаний лопаток турйин, на базе которых разработать готод их проведении в ляборатаоных условиях.

4. В порядке апробации разработанного метода сформировать [рограыму и провести эквивалентные испытания рабочих лопаток I сту-[ени турбины двигателя НК-В6 в лабораторных условиях.

Научная новизна. Разработаны принципиально новый метод форми-ювания программ и методика проведения эквивалентных испытаний ло-[аток турбин в лабораторных условиях, в основе которых лежат урав-[ение предельного состояния лопаток при мяогоФакторном неизотерми-:еском нагружении и сформулированные принципы, определяющие допус-имый диапазон изменения параметров составляющих нагрузок.

,троведон комплекс экспериментальных исследований долговечности шаток турбины при сложных программах нагружения, в шзультате ко-'орых ^первые установлено, что присутствие в глобальном цикле наг-ужения дополнительных подциклов, вызывающ оазмахи деформации в пасных точках сечения лопатки, не превышавшие 31$ от размахов ле-ормации в глобальном цикле, не оказывает существенного влияния на олговечность лопаток, что позволяет не учитывать такие подциклы, менцие место при реальной эксплуатации, пр7' (Нормировании программ квивапентннх испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях.

Исследованы закономерности взаимного влияния составляицих наг-узок на исчерпание реоугса лопаток, позволившие построить уравнения редельного состояния для широкого класса лопаток турбин при много-а*тоном неизотеомичеок^м нагружешш, изготовленных из материалов ласса ЖС и работающих в диапазоне температур 20.. .Ю50°С. Установ-ено, что в пределах исследованного механизма дефоомирования выяв-енныэ закономерности сохраняются во всем диапазоне действуюшх наг-узок.

Практическая ценность результатов. Проведены эквивалентные испытания рабочих лопаток I ступени турбины д°игатедя ЯК-86 в лабораторных условиях, результаты которыт в сопоставлении с результатами стендовых испытаний полнооазмэрных двигателей НК-86 показала', что прогнозируемая долговечность указанных лопаток близка к Фактически определенной при стендовых испытаниях и в эксплуатации, что подтверждает -возможность использования разработанного метода, позволяюцего проверять работоспособность лопаток на заданный ресуч в процессе создания и доводки двигателей.

Создано оборудование, разработаны ыатодика и программное обеспе чение для экспериментально-расчетных исследований предельных хара* теристик натурных лопаток турбин при сложных программах многофактс ного неизотермического нагружения, моделирующих эксплуатационные.

Разработана методика расчетно-экспериментальных исследований деформационных и прочностных свойств жаропрочных лопаточных матери? лов в широком диапазоне температур, необходимая для построения математических моделей материала, адекватно отражающие физические уравнения связи мевду напряжениями и деформациями при сложных про1 раммах неизотеомического циклического нагружения.

Б соответствии с разпабоганной методикой проведены испытания образцов, в результате которых получены новые экспериментальные дянные, позволившие опрепелить кривые циклического деформирования, ползучести и малоцикловой усталости в диапазоне температур 20...^ нового жаропрочного сплава ЖСЗО [шг] , находящего все большее применение для лопаток турбин высокотемпературных ГГД, и построит! структурную модель указанного сплава, отражавдую специфику его по* дения при циклическом неизотремическом нагружении.

Полученные результаты и разработанные методы внедрены на СГШПГТруд" и используются при прочностной доводке лопаток турбин и прогнозировании их ресурса в условиях эксплуатации.

Алробадия работы. Результаты работы докладывались на У Всесоюзном симпозиуме "Мало1ртш>вая усталость - критерии разрушения я структуры материалов" (Волгоград, 1987г.); 111 Всесоюзном симпозиуме "Прочность материалов и элементов конструкций при сложном запряженном состоянии" (Житомир, 1989г.); 71 Всесоюзном симпозиуме по м^лоцикловой усталости (Кишинев, 1991г.); УП Всесоюзном зъ°эде по теоретической и прикладка« механика (Москва, 1991г.); (I, УД и ХШ Всесоюзных конференциях по конструкционной прочности двигателей (Куйбышев, 198а, 1991), 199Тг.г.); ХШ Всесоюзной конференции по аэроупругости машин (Севастополь, 1991г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения , нести глав, заключения, списка литературы, приложения. Работа изложена на 116 листах текста, содержит 30 таблиц, 42 иллюстрации, 95 наименований литературы, всего на 205 листах.

СОДЕРдАШг! РАБОТЫ

" первой главе выполнен анализ тенденций развития авиационных газотурбинных двигателей, который показал неукяонное снижение сроков создания и доводки новых двигателей, которые в настоящее время составляют, в среднем, 4...5лет. С другой сторога, развитие цвигателей происходит в направлении интенсификации рабочего процесса, приводящей к увеличении нагру*енности основных деталей двигателе, одними из которых являются рабочие лопатки турбины, во многом ограничивающие ресурс двигателя.

Выполненный анализ условий работы лопаток турбин показал, что в условиях эксплуатации они подвергаются сложному многофакторному нагружению, включающему циклические, статические и вибрационные нагрузки, пвализуицився в неизотермических условиях, "атяллогра-фтчеок^й анализ изломов по дефектам, вознккящш на лопатках тур-

бины, в большинстве случаев указывает на то, что появление дефекта вызвано комплексным действием указанных видов нагружения.

Поопеден об^ор современных методов оценки долговечности материалов и элементов констоукций в условиях много^шсторного неизотермического нагружения и методов формирования программ эквивалентно-циклических испытаний полноразмерннх тгвигателей.

На основе анализа литемтурных данных по рассматриваемой птоб-лйме вн^отаено обоонованиэ ^емы диссеотят»ии, сформулирована цель и поставлены задачи исследования.

Во второй главе изложена структура экспериментальных ипследовг нкй прочности лопарок турбин, лформулирг>ваны и обоснованы принципы Формирования программ эквивалентных испытаний топаток турбин, на базе которых пазработай метод их проведения в лабораторных условия;

"олмиродание програ»«м эквияаяентных испытаний лопаток турбин I лябораторнчх условиях включает следующее основные э^аш:

- рапчетно-эксперимонтальный анализ эксплуатационной нагружен-нопти лопаток при эксплуатации двигателя по обобщенному полетному цикл;'' и на егп основе выбор наиболее нагруженных элементов лопатки;

-формирование лабораторных режимов нагружения для каждого выбранного элемента;

- определение длительности эквивалентных испытаний элементов лопатки по сформированным режимам лабораторного нагружения на заданный ресурс.

Формирование лабораторных режимов многофакторного неизотермического нагружения для проведения эквивалентных испытаний лопаток турбин производится с совладением следуицих принципов:

I. Обеспечение равенства максимальной температуры при испытаниях и в условиях эксплуатации.

'¿. Соответствие характера лабораторного нагружения эксплуата-

ионному включая одинаковость механизмов десЬормирования.

3. Обеспечение уровней переменных и статических напряжений :ри испытаниях, близких к эксплуатационннм.

Расчст длительности эквивалентных испытаний проводится из словкя обоспеч°ния равенства накопленных повреждений за ресурс эксплуатационных и лабораторных условиях

ЙА =

к*

(I)

да Я

- заданный ресурс двигателя, выраженный в циклах;

- средние доли повреждения соответственно эксплуатационного и лабораторного циклов нагружения, определяемые как величины, обратные расчетным значениям толговечности, с помощью уравнения предельного состояния

[ф(х;.х;.....>;)]"',

и)

•де X¿ и - параметры, характеризуйте нагружеяность элемента лопатки соответственно в эксплуатационных и лабораторных условиях.

В третьей главе приведены разработанные алгоритмы вычислительных программ расчета нестационарного теплового состояния и кинетики ¡еупрутого деформирования лопаток туобин, а также прогнозирования ос долговечности при многофакторном неизотермическом нагружении.

Задача определения нестационарного теплового состояния сече-га лопатки решена при слодувдих допущениях:

- нагрев лопатки происходит с поверхности, внутренние источники тепла отсутствуют;

-ъ-

- участок сечения имеет постоянную толщину, температура поверхности участка постоянна и равна температуре в "реднзл точке поверхности участка (как со стороны спинки, так и со стороны корыта);

- перегеканио тепла мвзкцу участками сечения отсутствует.

При указанных допущениях рассматриваемая задача сведена к

решению ояяа задач нестационарной теплопроводности, сформулированных для каждого участка сечения, представляемого в ниде плоской стенки.

Лля математического описания начальных и граничных условий используются результаты термогдетрирования. сечения лопатки. Сформулированная математическая задача решается методом прогонки с неяпной схемой вычисления. Совокупность решений сформулированной задачи для всех участков сечения позволяет оценить тепловое состой нке течения в произвольный момент времени цикла нагружения.

параметры напряженно-де^рмированного состояния при регуляр» циклическом нагружении определяются путем расчета кинетики неупругого деформирования сечения лопатки, для чего цикл нагружения разбиваемся на ряд шагов. Расчет за продолами упругости на каждом шаге решается методом дополнительных деформаций. Расчет производится п соответствии со сторкневой теорией. В качестве модели материала использована структурная модель упруговязкопластической среды.

Лля оценки долговечности лопаток при многофакторном неизотер мическом нагружении использован подход, соответствие с которым их предельное состояние описыаается критериальным ■"■равнением

Г / 2 Г; , г /2 чи 1 ">

-л-

Реализована возможность определения коэффициентов уравнения ю результатам двух серий испытаний лопаток: при комплексно" тер-лоциохическом и статическом, термоциклическом и вибрационном наг-эудашш, либо прямо» обработкой результатов испытаний при много-бакторном неизотермическом нагружении методом наименьших квадратов.

Разработанные программы использованы для анализа нагружен-юпт" лопаток в эксплуатационных и лабораторных условиях при фор-шго°ании программы эквивалентных испытаний.

В четвертой«главе представлены методика экспериментальных (сслепований деформационных и прочностных свойств лопаточных мате-шалов при циклическом нагружении в широком диапазоне температур I результат« проведанных в с«отяе^ст°ии о данной методикой и^пы-■аний образцов из жаропрочного никелевого "плава }103и с ориентацией кристаллографически1' опей [ 001] , по которым выполнен ¡асчет параметров сгруктупной модели данного спля^а, сопетаидей ростот" разрешавших уравнений с цат'более полным описанием основных -ффектов циклического неизотэрмического сформирования. и, как ледтвие, "Ооспечивакщей высокую достоверность получаемых резуль-'атов.

Структурная модель уттртовязкопластической среди основана на редставлении элемент« материала набором подэлементов, наделенных ролтяйшими свойствами идеальной пластичности и установившейся олзучести, полная и тепловая деформация в которых одинакова и авна деформации в элементе материала, а' напряжение и неупругая »формация в которых индивидуальны. Напряжение и неупругая дефор-ация в элементе материала определяются осреднением по подэлемен-амс весовыми коэффициентами С^ . Реологические функции подэле-ентов подобны реологической функции материала с коэффициентами одобия Ц к , где К - номер подэлемента.

С целью построения структурной модели проведены исследования деформационных и прочностных свойств сплава ЖСЗО [0013 • Получек новые данные, позволившие построить кривые циклического деформироЕ ния сплава в диапазоне температур Т = 20, 750, 800, 950°С , охвать ваидем эксплуатационные, и кривые ползучести для различных темпере тур и напряжений, по которым была построена оеологическая функция материала

с| рс = тах

-2,56 + 60,5 }

(4)

где рс [С - скорость установившейся ползучести;, Т ["С] - температура; В - (оЛэ^г) ~ относительное напряжение. Но кривой циклического деформирования при Т=Э5и°С, соответствующей максимальной эксплуатационной, определены значения весовых коэффициентов ^ «, и реологических коэффициентов подобия 2 к, .

для модели с 5 подэлементами.

Таблица Т

К I 3 4 5

а* И,4 0,061 0,264 0,241 0,034

г* ".76 0,9Т6 1,06 1,27 1,7

Соответствугацей обработкой кривых циклического деформирования получены зависимости модуля упругости и предела прочности сплава ЖСЗО [001] от температуры.

Испытания образцов проводились до разрушения, что позволило получить характеристики соппотивления малоцикловой усталости иссле дуемого сплава в эксплуатационном диапазоне температур. Это обеспе

итает их широкое использование в практике расчетов на прочность опаток турбин.

Построенная для сплава 1С31) [001] структурная модель исполь-ована в качестве модели материала при "астгатном анализе параметров апрстк9нно-дефоошрованного состояния лопаток и их эволщии в усло-иях эксплуатации и при испытаниях.

" пятой главе изложены методика расчетно-эксп^риментальных ^следований предельных характеристик натурных лопаток турбин при ножных программах многофакторного неиэотврмического нагружения и эзультатн проведенных в соответствии с данной методикой исследо-ший предельного состояния рабочих лопаток I ступени турбины дви-1теля Щ-86, выполненных с целью выявления закономерностей взаимно влияния составляющих нагрузок на исчерпание их ресурса и пост-1ения критериального уравнения предельного состояния лопаток при югофакторном неизотермическом нагружении.

Исследования проводились на базе автоматизированного комплекса рмовиброциклических испытаний лопаток турбин (рис.1).

Рис.1.

Указаиннй комплекс позволяет проводить испытания натурных 1аток турбин при сложных протаммах многофакто^ного неизотерми-жого нагружения, »оделирущих реальнне условия работы лопаток

-гг-

в сопгяве двигателя.

15 результате выполненных исследований были получены новые научны« данные о взаимном влиянии составляклшх нагпуяок на леер-панна ресурса данной конструкции лопаток. Установлен^, что введение выдержки Z& = Яи "в* ппи максимальной температуре в цикл термонагружения снижает долговечность, выраженную и циклах, в cpe^ нем, на '¿5...31%. Наложение вибронапряжений с амплитудой <оУ ^ич на нгаизотермичепкий цикл снижает долговечность в 2,5...3 раза, а наложение неизотермического цикла с размахом деформации =0,^ на вибронагр^пкение снижает предел выносливости лопаток на базе Л/е = ции-д в 5 раз.

Выявленный закономерности взаимного «лилии«* составляющих нагрузок на исчерпания ресурса лопаток позволили получить значения коэффициентов уравнения (ч), которые составили: оО =0,8 ; ^ =и/ | =0/; ^ =0,3.

Сопоставление с результатами исследований по отученными рянпе другими авторами, показало, что разброс значений кг>э',ьфициентов уравнения незначителен дт различных конструкций лппаток из матв-риала класса ЬС , чт" позволяет «спользовать его и для других конструкций лопаток турбин та аналогичного материала, работавших в диапазоне температур '¿Ь,. .1050°С.

Построенное уравнение предельного состояния лопаток при мной факторном неизотермическом нэхружэнии использовано для сопоставления повреждаемостей эксплуатационного и лабораторного режимов нагружения при формировании программы эквивалентных испытаний лопато! в лабораторных условиях.

Важным моментом при формировании программ эквивалентных испытаний является оценка влияния переменных режимов работы двигателя на исчерпание ресурса лопаток и их учет. С этой целью был проведе! комплекс исследований долговечности лопаток при термоциклическом

агруженш с введением дополнительных подциклоп в цикл термонагру-

знпя (рис.И). При этом размах деформации в подцгаслах Д&* сос-

апллл 31' и эъ',!> от полного размаха деформации за цикл термонагру-

лтш Л ^ . Результат испытаний продставлонч зависимостью

Л/Уг/

У~Л

П-- ю

\

о;75 0,5

0,25

т

0.«>5

Рис.3.

0,75 < ¿£/лЬ

Рис.г.

ношения долгово'иостой л/*/1^ , где л/^ к /V - долговечное-лопаток при испытаниях соответственно с подциклами и без подцик-в, от отношения размдхов деФоомации (рис.3).

Установлено, что введение дополнительных подтшклов в цикл рмонагружения, размах деформации в которых не превышает ЗЦ» от лного размаха де^юрмации, не оказывает существенного влияния на яговечность лопаток: снижение долговечности при этом не превышает . Это означает, что в первом поиблкжении при Формировании программ вивалентных испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях можно учитывать такие подциклы, имеющие место в реальных условиях зплуатации.

В шестой глазе представлены сформированная на базе оазработан-метода программа и результаты эквивалентных испытаний рабочих 1аток I ступен" турбины двигателя НК-86 в лабораторных условиях.

По результатам уточненного анализа эксплуатационной нагружен-;ти лопаток выбоаны входная и выходная кромки пера в качестве ¡более нагруженных элементов лопатки, требующих: проверки их рабо-

тоспособности на заданный ресурс двигателя. Раскладка режимов работы двигателя Ж-В6, принятая в соответствии с его обобщенным полетным циклом, температура, напряжения на стационарных режимах работы двигателя, а также размахи деформации за эксплуатационный цикл нагружения в зависимости от условий взлетного режима в кромках лопатки представлены в табл.2.

Таблица 2

№ Режим :п :оаботы : двигателя Доля в ОНИ V Л Элемент : лопатки : Температура Т, °С Статическое Размах ¡напряжение ¡деформации <Ост.М11а дЬ ,%

т. Взлетный ЬН->27°С и,15 Входная кр. Выходная кр 949 ). 933 245 223 0,289 0,276

'!. Взлетный 0,13 924 241 0,279

=24. ...27°( У14 219 п, 267

3. Ьзлотннй 0,2и У05 240 0,275

890 ГЯ« 0,264

4. Взлетный и, 24 -и- 891 • 238 0,271

tн =16...20°0 876 217 0,261

5. Взлетный 0,2а -и- 87 В 236 0,276

Ьн =12.. .16°С 663 214 0,256

6. Чзлетный 0,24 — и- Ь63 234 0,263

1 ч =8...12°0 849 212 0,252

7. Взлетный -1ч =4». .8°С 0,22 — „- 850 836 236 2X0 0,259 0,249

8. Взлетный Ьн - ..А°С 0,24 — п- 837 ' 823 230 209 0,255 0,24«

. Взлетный £„<0°С 0,53 820 " 80« ?27 207 и,250 0,241

.».Номинальный 20,00 734 " 780 172 Т52 -

:.Крейсерский 77,80 755 " 742 166 146 -

За действуйте эксплуатационные переменные наппяжения были шнятн статистически максимальные переменные напряжения, приведен-¡в к среднему оачению, с учетом возможности раззазор^вания по байтным полкам в процессе эксплуатации. Их значения по результатам юветгенных тензометригхэпаний лопаток на полноразмерных двигателях »ставили:

=83 МПа - для входной и <0 у"" ~ 8е! М11а - длст выходной кромок.

При формировании лабораторных режимов нагружения для "ровеления св^валентных испытаний кромок лопатки были исследованы 6 режимов окружения, из которых из условия одинаковости механизмов дефор-1рования выбрано диа: I режим дл" проведения эквивалентных испы-ший входной кромки, 2 режим - для выходной кюга С табл.3).

Таблица 3

Элемент лопатки .Максимальная.Статическое. •температура •напряжение ' г™ об <5,г .МПа Размах .Переменное деформации•напряжение йЬ .% .МПа

, Входная кр. Выходная кр. 95и 860 -200 -175 0,48 0,42 83 90

, Входная кр. Выходная кр. 570 935 -180 -200 0,44 0,50 76 85

Расчетные значения долговечности кромок, полученные путем подстановки параметров нагруженности эксплуатационных (табл.2) и лабораторных (табл.3) режимов нагружения в уравнение предельного состояния (3), составили: долговечность входной кромки в условия

гу№ч

эксплуатации ¿d 3 = T23I6 цикл, в лабораторных условиях (режим I л = 29bU цикл; долговечность выходной кромки - соответствен!;

-»POIV уШЧ

2t ъ = ¿0275 цикл и ь Л = I9U5 цикл (режим 2).

Длительность эквивалентных испытаний ( выражение I) входной кромки по I режиму лабораторного нагружения на ресурс двигателя R = I5UJ0 час (75UJ цикл) составила ЯЛ = ^796 цикл.; выходно: кромки по I режиму лабораторного нагружения - КЛ = 7U4 цикл.

Но сформированной "doграмма эквивалентных испытаний было ист тано 6 лопаток. Проведенные испытания показали, что входная и вых< нал кромки лопатки не ограничивают её работоспособность на ресурс R = ТЬиОО час. После достижения расчетной наработки испытаню лопаток продолжались до разрушения с целью оценки коэффициента запаса, с которым подтвержден заданный ресурс. Средние долговечноси

ôx

кромок при испытаниях составили Z л = 276И цикл и ai Л = 1842 цикл. То есть, интегральный запас прочности указанны: лопаток на ресурс А - I5UUU час. составил К£ =1,54 (минимальный запас по результатам испытаний входной кромки ).

Металлографический анализ изломов подтвердил идентичность разрушений лопаток при стендовых испытаниях полноразмерного двигателе и в лабораторных условиях., Количественное сопоставление показало, что прогнозируемая по результатам проведенных испытаний эксплуатационная долговечность лопаток на 15$ меньше Фактически определение при стендовых испытаниях нолнооазмерных двигателей и в условиях эксплуатации.

4 делом по работе делаются следующие выводы: т. Разработаны принципиально новый метод формирования и методика проведения эквивалентных испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях, в основе которых лежат уравнение предельного состояния лопаток при многофакторном неизотермическом нагружении и сформулированные принципы, определяющие допустимы" диапазон изменения параметров составляющих нагрузок.

2. Проведен комплекс экспериментальна исследований долговечности лопаток турбины при сложных программах нагруженист, в результате которых впервые установлено, что присутствие в глобальном цикле нагружения дополнительны^ подциклов, вызывающих размахи дефор»а-цим в опасных точках сечения лопатки, не превышающие 31$ от размя- -хов деформации в глобальном цикле, не оказывает существенного влияния на долговечность лопаток, что позволяет не учитывать такие подциклы, имепцие м»сто в условиях ^еяльной эксплуатации, "ри формировании программ эквивалентных испытаний лопаток турбин в лабораторных условиях.

3. Впервые проведены эквивалентные испытания рабочих лопаток I ступени турбины двигателя НК-86 в лабораторных условиях, результаты которых в сопоставлении с результатами стендовых испытаний полноразмерных двигателей НК-86 показали, что прогнозируемая долговечной^ указанных лопаток близка к фактически определенной ппи стендовых испытаниях и в эксплуатации, что подтверждает возможность использования разработанного метода, поздр^япдяго проверять работоспособность лопаток на заданный ресурс, в процессе создания и до-волки двигателей.

4. Создано оборудование, разработаны метотгика и программное обеспечение для экспериментально-расчетных исследований предельных характеристик натурных лопаток турбин при сложных программах многофакторного неизотермического нагружения, моделирующих эксплуатационные.

5. Исследованы закономерности взаимного влияния составляпцю нагрузок на исчерпание ресурса лопаток, позволившие построить ург нениё предельного состояния при многофакторном неизотермическом нагружении для широкого класса лопаток турбин, изготовленных из материалов типа Ж и работавших в диапазоне температур 20...1051 Установлено, что в пределах исследованного механизма деформировав выявленные закономерности сохраняются во всем диапазоне действующих нагрузок.

6. Разработана методика расчетно-эксперименгальных исследований деформационных и прочностных свойств жаропрочных лопаточны> материалов, необходимая для построения математических моделей мя-териала, адекватно отражающих Физические уравнения связи между не пяжениями и деформациями при сложных программах неизотермическогс циклического нагружения.

7. И соответствии с разработанной методикой проведены истл ния образцов, в результате которых "случен« новые эксперимента/^ данныо, позволившие определить кривые циклического деформирование ползучести и малоцикловой усталости в даадазоне температур 20...950°С нового жаропрочного сплава &С30 [0011 , находящего вс большее применение для лопаток турбин высокотемпературных ГТД, и построить структурную модель указанного сплава, отражавдую специфику его поведения при циклическом неизотеомическом нагружении.

Основные результаты работы нашли отражение в следувдих публу кациях:

I. йяеневский Д.С., Колотнжов М.Е., Святышев К.Г., Солянни-ков В.А., Стрилец С.Ю. Долговечность лопаток турбин в условиях «с действия малоциклового неизотермического и вибрационного нагружен Малоцикловая усталость - критерии разрушения и структуры материал Тезисы докл. У Ясесоюзн. симп. (Волгоград, сентябрь т987г.).-Вод гоград: Б.И., 1987.- Часть 2.- С. 1Ь9-190.

2. Елвневский Д.С., Колотников М.й., Святшгав К.Г., Полян- ... иг коп Ц.А. Долговечность лопаток турбина ГГД » условиях неизотарми-тоского малоциклоаого нагружения // Конструкционная прочность двигателе»: Тезисы докл. XI Всесоюзн.конф, (Куйбышев, 14-Т6 ишя [98Вг.). - Куйбышя*, I9ÖB. - С.57.

3. Колотников M.Ü., Святчшеп К.Г., Солянников Ч.А, Оценка за-iaca прочности лопаток турбины при действии тег>мотгиклических и виб-)яциониых нагрузок // Пробл. прочности. - 1990.- кв. - п.97-100.

4. Колотников M.jü., Солянников ".А., Свящшев К.Г. Отработка гермоциклической пмочности лопаток турбины методами натурных постовых испытаний // ^ибра'пюнная прочность и надёжность дпи^атедей

t систем летательных аппаратов: Сб.науч.трудов / Под ред. А.И.Белоуса. - Куйбышев, I99U. - G.64-75.

5. Колотников U.E., Солянников В.А. К вопросу проведения >квивалвнтно-Цикличес«их испытаний натурных лопаток турбин в лабо-иторннх условиях // "о™ые технологические пропессы и надёжность ГТД: ».науч.трудов WM. - Москва, I99Ü.- М. - С.37-46. (ДСП).

6. Солянников В.А.Моделирование неупругого дефорлирования и недельного состояния лопаток турбин при совместном действии термостатических и вибрационных нагрузок // Конструкционная прочность вигателей: Тезисы докл. XII Всесоюзн.конф. (Куйбышев, 12-14ишя 990г.). - Куйбышев, 1990. - С.136-137.

7. Елвневский Д.С., Колотников М.Е., Святншев К.Г., Солянни-

ов В.А. Предельные состояния и ресурс лопаток турбин // УП Всесоюзн. ъезд по теоретической и прикладной механике (Москва, 15-21 августа 991г.): Аннотации докл. - Москва, 199Г. - С.Т44.

8. Колотников M.JÜ., Солянников В.А. Программа эквивалентных, спнтаний лопатки турбины в лабораторных условиях // Иробл.прочнос-И.- 199I. - №7. - С.89-92.