автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Анализ характеристик алюминиевого сплава АК-9чдля повышения несущей способности высоконагруженных корпусных деталей

На правах рукописи

Для служебного пользования Экз. №

ФОМИН ИЛЬЯ БОРИСОВИЧ

Анализ характеристик алюминиевого сплава АК-9ч для повышения несущей способности высоконагруженных корпусных деталей

Специальность 05.02.01 - Материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь-2001

Работа выполнена в ОАО «Протон - Пермские моторы» и Пермском государственном техническом университете.

Научный руководители - доктор физико-математических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ, академик Академии космонавтики имени К.З.Циолковского Соколкин Ю.В.

доктор физико-математических наук, профессор Чекалкин A.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Елтыщев В. А., доктор технических наук, профессор, академик РАЕН Колмогоров Г.Л.

Ведущая организация - Камский филиал ОАО «НПО Энергомахп» им.

академика В.ПХлушко

Защита диссертации состоится _ 2001 г. в час. пз

заседании. Диссертационного Совета Д212.188.02

при Пермском техническом университете но адресу: 614600, Пермь, Комсомольский пр., 2Уа, ауд. 423

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского техническогс университета.

Автореферат разослан 28 СЯ И 2001 г.

Учёный секретарь Диссертационного Совета д.ф.-м.н., профессор

Ташкинов A.A.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Широкое использование деталей машин из отливок [ конструкций из алюминиевых сплавов для ответственных элементов шдкостных ракетных двигателей и турбонасосных агрегатов является одним и направлений, где достигнуты высокие технологии производства в литье, ермообработке, механообработке и испытаниях.

Из алюминиевых сплавов изготавливают сложные и ответственные (етали, узлы и агрегаты летательных аппаратов и их двигательных установок, зк в авиации, так и в ракетостроении. Материалы на основе алюминиевых плавов имеют высокие удельные прочностные и жёсткостные характеристики, >бладают высокой усталостной выносливостью и значительным ^противлением росту трещин. Реализация наиболее привлекательных свойств гатерналов на основе алюминиевых сплавов практически позволяет создавать инструкции корпусных деталей турбонасосных. агрегатов с широким спектром функциональных возможностей.

Повышенная надёжность и долговечность элементов конструкций из люмшшевых сплавов обеспечивается за счёт улучшения микроструктуры и ювышения характеристик сплава, а именно:

- модифицирования сплава титаном к бериллием;

- проведения газостагической обработки литых деталей;

- использования электрокорунда в шихте, достижения дополнительного и равномерного охлаждения отливки;

- увеличения числа и объёма литников для формирования более равномерной структуры сплава при охлаждении.

Разнообразие способов взаимного расположения большого числа :омпонентов неоднородной микроструктуры материала обеспечивает, для шределённого диапазона значений, управление свойствами алюминиевого ;плава АК-9ч и повышение его физико-механических характеристик. Большая шощадь внутренних поверхностей раздела между структурными гомпонентами приводит к множественному внутреннему отражению и гассеиванюо волн, ветвлению трещин, дисперсному накоплению повреждений, (то повышает сопротивление материала росту дефектов в препятствует рупкому разрушению элементов конструкций из алюминиевого сплава АК-9ч.

Проектирование элементов конструкций из алюминиевых сплавов и 1атериалов, работающих в условиях больших вибрационных нагрузок, ритических давлений, представляет комплексную научно-техническую [роблему. Основой проектирования является исследование процессов (сформирования и определение предела несущей способности конструкций при адагаюм комплексе внешних нагрузок. Особенность расчёта конструкций из люмшшевых сплавов заключается в необходимости совместного >ассмотрения процессов деформирования и разрушения, как на уровне труктуры материала, так и для конструкции в целом.

При этом наличие разупорядоченности и дефектности структуры, ;ущесгвенный разброс механических свойств алюминиевых сплавов >буславливают статистический характер процесса разрушения, случайные

внешние нагрузки требуют рассмотрения проблемы работоспособности и надёжности конструкций в статистическом смысле. Для сложных конструкций литейных форм приемлемо точный расчёт возможен лишь при развитии методов, учитывающих случайные факторы, проявляющиеся как на уровне конструкции, так и на уровне структуры неоднородного материала. Развитие статистических моделей деформирования и разрушения, разработка на их основе методов расчёта и оптимизации высоконадёжных элементов конструкций корпусных элементов ТНА ЖРД является актуальной задачей механики алюминиевых сплавов тала АК-9ч.

Лель работа: Создание методов расчета высоконагруженных элементов конструкций корпусных деталей из алюминиевых сплавов, подверженных действию случайных нестационарных нагрузок, с учётом статистического разброса прочностных; свойств элементов, построение структурно-статистических моделей и методов решения краевых задач механики мшсронеоднородных сред, экспериментальная проверка результатов.

Основные задачи исследований:

1 Разработать структурно-статистическую модель оценки работоспособности материала типа АК-9ч, на основе алюминиевого сплава

2 Обосновать теоретические основы расчёта и прогнозирования несущей способности и живучести высоконагруженных элементов корпусных деталей турбонасосыого агрегата ЖРД с микро и макродефекгами, базирующиеся на решениях краевой задачи о напряжённо деформируемом состоянии в окрестности вершины трещины.

3 Разработать метода моделирования усталостного и статистически упруго-хрупкого разрушения материалов и конструкций.

4 Разработать геометрическую и сеточную модель пространственной детали ТНА ЖРД с различной плотностью дискретизации и аппроксимирующих функций.

5 Провести экспериментальную оценку малоцикловой усталостной прочности корпуса насоса ЖРД.

6 Исследовать статистическую трещиностойкость изделия - корпусов насоса корпусной отливки, насосов горючего и окислителя.

7 Оценить усталостную выносливость и ресурс отливок корпусов насосов горючего и окислителя в условиях циклических нагружеюш.

Методы исследований:

Используются методы математического анализа, линейной алгебры, методы прикладной математики; теории матриц, статистического моделирования. Механические модели базируются на теории упругости. Численная реализация краевых задач проводится с использованием методов вычислительной механики, метода конечных элементов, а также математического и физического моделирования процессов разрушения.

Механические испытания материалов проведены с использованием ггандартного и специального оборудования для статических и циклических аспыташш образцов.

Научная новизна:

1 Впервые разработан и реализован новый многоуровневый подход к процессам деформирования и разрушения алюминиевых сплавов на основе :плава АК-9ч в литейных заготовках корпусвнх деталей ЖРД, на основе решения краевых задач механики микронеоднородных сред.

2 Методами статистического моделирования исследованы механизмы исчерпания работоспособности элементов конструкций, подверженных действию нестационарных динамических нагрузок.

3 На основе энергетического подхода предложена численная методика исследования динамического поведения конструкций.

4 Исследована статическая трепщностойкость корпусов насосов ТНА в зонах фланца, улитки, перепускного канала.

5 Описаны основные этапы реализации метода конечных элементов и проведено численное моделирование деформирования объёмного элемента конструкций.

6 Проведено экспериментальное исследование усталостной прочности и долговечности алюминиевого сплава типа АК-9ч.

Достоверность результатов:

Основывается на использовании апробированных методов механики деформированного твёрдого тела, механики алюминиевых сплавов и моделей статистической теории эксперимента и результатами испытаний, полученными автором и другими исследователями.

Практическое значение:

Разработанные методы и алгоритмы расчёта работоспособности высоконагруженных элементов корпусов насосов горючего и окислителя, изготовленных из алюминиевых сплавов АК-9ч, учитывающие случайный характер нестационарных внешних нагрузок и статистический разброс прочностных свойств сплава и структуры микрооднородного материала, используются в расчётной практике предприятий ракетно-космического комплекса ОАО «Протон-ПМ», ОАО «НПО Энергомапг», ОАО «Самара-Металлист» при проектировании и изготовлении детален и узлов насосов ЖРД. В программах повышения надёжности элементов корпусных деталей литейных заготовок из алюминиевого сплава типа АК-9ч при изготовлении турбонасосного агрегата двигательной установки 1 ступени ракеты-носителя «Протон» за счёт усиления конструкции стенок и рёбер жёсткости отливки, изменения химсостава сплава, улучшения скорости кристаллизации сплава при охлаждении, уменьшения газонасшценности улучшены технические характеристики сплава в целом и в зонах, особенно подверженных усталостным разрушениям. В результате проведённых технических мероприятий брак снизился на - 20%. Учитывая партионность изготовления корпусов и «защиту»

каждой партии партионными испытаниями (гидроиспытания, пневмоиспытания, контрольно-выборочные испытания отливок), экономия составила ~ 750000 руб.

Реализация исследований:

Работа выполнена в соответствии с программами ОАО «Протон -Пермские моторы» и ОАО «НПО Энергомаш» по повышению надёжности корпусов литейных заготовок из алюминиевого сплава типа А1С-9ч при изготовлении турбонасосного агрегата двигательной установки 1 ступени ракеты-носителя «Протон», научно-технической программой Минобразования РФ «Надёжность конструкций» 1998-2000 г.г. по проекту Российского фонда фундаментальных исследований № 99-01-00910, а также по планам кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского государственного технического университета 1998-2000 г.г.

Апробация результатов:

Материалы диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры ПГТУ, на Всероссийских научно-технических конференциях «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь, 2000г. и 2001г.), на научно-техпических советах ОАО «Протон - Пермские моторы» и Камского филиала ОАО «НПО Энергомаш» пм. академика ВЛ.Глушко.

Публикации:

Автором по специальности выполнены 9 научных публикаций и получены 2 патента.

' Структура и объём работы:

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, списка литературы, приложений в виде таблиц, актов испытаний образцов, акта экономической эффективности, рисунков. Объём машинописного текста составляет //5~ страниц и включает рисунков, /О таблиц и

библиографический список ю У<г наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение включает краткий литературный обзор по исследуемой фоблеме, заключение об актуальности темы, основные задачи и полученные в >аботе новые результаты, аннотацию содержания работы. В настоящее время в леханике деформируемого твёрдого тела можно определить два похода к шализу деформирования и разрушения элементов конструкций из ипоминиевых сплавов: феноменологический и структурный.

Первый базируется на постановках задач механики упругого, таругопластического деформирования сплошной среды (А А. Илюшин, Тй.Седов). При этом свойства алюминиевого сплава полагаются заранее определёнными из механического эксперимента, расчёт напряжённо-сформируемого состояния конструкции проводится с использованием шсленных методов механики (Л.Вроубел, О.Зенкевич). Оценка несущей люсобноспт конструкций проводится на основе феноменологических сритериев прочности материалов (В.Л.Бажанов, В.А.Копнов). Такой подход к троектированию реализован в статистической форме, что позволяет учитывать злияние дисперсии механических свойств, разбросов внешних сил и прочностных свойста материалов на основе алюминия, а также усталостной тешговечности материалов (В.С.Иванова, Й.АОдинг) и требует затрат на [гроведение механических испытаний при анализе элементов конструкций тнтых заготовок в рамках классического подхода Используемые при этом чатемапгческне модели (В.В.Болотин), в основном связаны со статистическими методами обработки данных эксперимента (М.Н. Степанов).

Расчёт неоднородных полей напряжений и деформаций в компонентах лруктуры (С.Д.Волков, А.С.Кравчук) и формализация условий пластичности и прочности обеспечивают возможность анализа деформирования алюминиевых сплавов с учётом накопления повреждений (В.Й Миронов, Ю.В.Соколкин). При этом анализ механического поведения конструкции проводится на основе сеточных методов (О.Зенкевич) с использованием методов линейной алгебры.

Более детальное изучение процессов деформирования и разрушения связано с расширением базы физических уравнений механики, путём введения новых математических объектов, или функция сопротивления материала (С.Д.Волков), скалярные или тензорные функции повреждённоста (В.Н-Астафьев, Ю.В.Сокодкин), а также моделей накопления повреждений и уравнений для процессов разрушения. При этом проведение механических экспериментов требует специальных методов и подходов, в том числе анализа структурных полей напряжений при проведении эксперимента.

Проблема усталостного разрушения материалов алюминиевых сплавов рассматривалась в рамках феноменологического подхода (В.П.Когаев, Н.А.Махугов).

В работе показано значение постановки краевых задач для построения эффективных алгоритмов статистического моделирования (С.Н.Ермаков). Прикладное проектирование элементов конструкции корпусных деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов типа АК-9ч с повышенными

требованиями по надёжности и безопасности, требует проведения расчётов для высоконадёжной области (В.М.Труханов).

Первая глава диссертации посвящена решению задач механики конструкций. В главе приведена математическая постановка статистической краевой задачи, рассмотрены традиционные методы решения задач данного класса. Построение теоретического базиса для описания поведения высоконагружешшх элементов конструкций двигателя основывается на классификации объектов и их состояния в данной предметной области (рис. 3). Предполагается, что накопление повреждений как процесс трещинообразования слабо сказывается на макроскопических упругих свойствах материала.

Описание поведения конструкций в рамках феноменологического подхода может быть проведено с привлечением аппарата классической теории упругости деформируемого твёрдого тела. Будем считать справедливыми основные гипотезы механики сплошных сред, в частности гипотезу о непрерывности и сплошности исследуемых тел. Также будем рассматривать случаи, когда деформации и относительные смешения точек малы - это справедливо для массивных толстостенных тел. С учётом сделанных предположений приведём соотношения, связывающие компоненты тензора деформаций с компонентами вектора перемещений в декартовой системе координат в тензорной форме:

£у 2 1 ск, } (>

При рассмотрении статической стороны задачи вводится тензор напряжений о,, для описания внутренних усилий, сопровождающих деформацию сплошного тела.; Таким образом, напряжённое состояние в любой точке нагруженного тела характеризуется девятью величинами, которые образуют тензор напряжений.

В процессе деформирования в одних случаях устранение внешних сил приводит к полному возвращению тела в естественное состояние, т.е. деформация обратима, в других же случаях после устранения нагрузки в теле сохраняется деформация, называемая остаточной или пластической, т.е. деформация необратима. Применительно к процессам трещинообразования в рамках феноменологического подхода описание упругого раскрытия и закрытие микротрещины соответствует механизмам обратимой деформации. При построении уравнений связи между деформациями и напряжениями исходят из данных экспериментального исследования для конкретного материала, линейная зависимость может быть описана с помощью обобщённого закона Гука в тензорной форме:

и называется уравнением упругости, а обратное соотношение вида:

Су ~ (3)

- уравнение податливости, где Сук - тензор жёсткости, Ацк - тензор податливости.

Кривые усталости алюминиевого сплава АК-9ч

Кривые усталости алюминиевого сплава АК-9ч О - первая группа X - вторая группа Л - третья группа

Рис. 1

Зависимость скорости распространения трещины от коэффициента напряжений в образцах алюминиевого сплава АК-9ч

Рис.2

Переход от конструкции к конечно-элементной модели

Общий вид корпуса насоса Г ЖРД первой ступени ракеты-носителя «Протон»

Конечно-элементная модель корпуса «Г» Рис. 4

Рис. 3

Постановка статической задачи деформируемого твёрдого тела ^предполагает, что конфигурация тела объёмом П, ограниченного поверхностью .'Б !в трёхмерном пространстве И, и его механические свойства известны, кроме того„ выполняются уравнения равновесия:

ЙХ1

На практике для расчёта распределений искомых функций в объёмной конструкции сложной геометрической конфигурации используются приближённые методы, прежде всего численные, среди которых наибольшее распространение получили метод конечных элементов (МКЭ) и метод граничных элементов. Эти методы характеризуются тем, что в процессе их использования формируются матрицы систем уравнений. При постановке задачи в перемещениях вводится понятие возможного (виртуального) перемещения материальной точки тела 8а, как любого бесконечно малого воображаемого перемещения, которое может быть сообщено точке в данный фиксированный момент времени в соответствии с наложенными на неё связями. Применяя принцип Лагранжа: для равновесия системы материальных точек со стационарными неосвобождающимися и идеальными связями необходимо ы достаточно, чтобы сумма элементарных работ всех действующих :на систему агатных сил на любых возможных перемещениях системы была бы равна нулю:

6А-5\У=0 (4)

где §\У- вариация упругой энергии, 5А- вариация работы внешних сил. Можно записать

5П=5(\У-А)=0 (5)

П - полная энергия механической системы.

Потенциатьная энергия упругого тела, рассматриваемая как функционал произвольной системы перемещений, удовлетворяющей граничным условиям, который принимает минимальное значение для системы перемещений, реализуемых в упругом теле. \

Механизмы трещинообразования представляют собой сложные многостадийные процессы, математическое описание.,, которых в рамках феноменологической механики весьма затруднительно; Совершенствование методов прогнозирования несущей способности и живучести конструкций связано, прежде всего, с развитием методов расчёта напряженно деформируемого состояния в вершине трещины и, как следствие, возможностью перехода от качественной оценки роли трещины в-процессе накопления повреждений к количественному описанию условий страгивания трещин, закономерностей их развития и окончательного разрушения с учётом геометрии конструкций и трещин в ней, условий нагружения и свойств материала.

Для сопоставления параметров сложного напряжённого состояния и экспериментальных данных, полученных при простых нагружения х, вводятся

ЕСры напряженного состояния, инвариантные к соотношениям компонентов ензора напряжений - эквивалентные напряжения, инвариантны тензора :апряженшг, интенсивности напряжений.

Приведём последовательность построения модели конструкции и её асчёта методом конечных элементов (МКЭ):

- Выбор типа КЭ (конечного элемента);

- Построение геометрической модели;

- Описание свойств материала;

- Описание условий нагружения и закрепления;

- Формирование и численное решение системы уравнений;

- Вычисление значений компонентов тензоров деформаций и напряжений и их инвариантов (интенсивности).

МКЭ в пространственных задачах механики упругого тела может быть писан с помощью уравнений (6-9).

Метод конечных элементов в пространственных задачах механики иругого тела:

ГСП = [N'1 • {5е} 6

{вг}=[В1-{5£} 7

?ое}=[Ое]-{ес} 8

[К] • {5*} = {Р} 9

В - матрица связи компонентов деформации КЭ с узловыми ;еремещениями

Б - симметричная матрица - выражается через тензор упругих свойств

[К] - глобальная матрица жесткости

{5*} — вектор узловых перемещений

{Р} - вектор силы

Выбор типа КЭ основывается на анализе геометрии исследуемой инструкции - криволинейный шестигранник - для построения дискретной годели - шестигранный упругий конечный элемент с 8 узлами и 3 степенями вободы (смещение в направлении от декартовой системы координат) в каждом зле.

Во второй главе проведено экспериментальное исследование [еханических свойств специальных сплавов на основе алюминия.

Самым распространённым видом разрушения деталей машин и лементов конструкций в условиях эксплуатации является усталостное азрушение, который подразделяется на 3 этапа:

Первый - формирование и движение дислокационных фронтов, развитие образование микротрещин.

Второй - локализация магистрального направления и рост гакротрещнны с постоянной скоростью.

Третий - этап долома или неетшздагарныйрост магистральной трещины.

Ресурс изделия зависит от свойств материала и уровня действующих :агрузок.

Для определения характеристик усталостного деформирования и азрушения сплава А1-9ч проведены испытания образцов на малощдаговуто

усталость, на циклическую трещшюстойкость и на статический рост трещин. Образцы вырезались аз разных зон отливок. Испытание образцов на консольный циклический изгиб при вращении проводились на усталостной машине УКИ-10М, - двухсекционная установка с самостоятельным уровнем секций, можно проводить одновременно испыташ5я двух образцов в независимых условиях нагружеяия. Всего было испытано 23 образца. Деформированное состояние асимметричных образцов определялось с использованием процедуры метода конечных элементов, при испытании определялось предельное число циклов аагружения для консольного циклического изгиба вращающихся образцов при различных нагрузках (рис. 1, 2).

Прикладное значение определения характеристик усталостной трещшшстошсостн материалов обусловлено техническими требованиями к проектированию высоконадёжных изделий и назначением безопасного ресурса. Усталостное разрушение материалов прн распространении магистральных трещин характерно тем, что рост трещины происходит при сравнительно низких уровнях амплитудных напряжений. Отсутствие развитых остаточных деформаций после разрушения позволяет рассматривать процессы деформирования материала в рамках линейной теории упругости. Наличие в образцах концентраторов напряженки и яагружений по схеме консольного изгиба при проведении испытаний позволяет исследовать рост трещин при усталости и определить в первую очередь значения характеристик, связанных с условиями начала к завершения процесса устойчивого роста трещины. В ходе испытания образцов при симметричной форме цикла нагружения происходит рост усталостных трещин нормального обрыва, которые формируются у вершины концентратора, и расаространяются вглубь материала образца.

Было испытано 20 образцов, результаты приведены в протоколах испытаний приложения.

В третьей главе дан анализ полей напряжений, несущей способности и ' живучести корпуспых деталей ЖРД с дефектами. - '

Причины конструктивной неоднородности сплава связаны с тем, что заготовки корпусных деталей являются крупногабаритными изделиями с переменной толщиной стенок, для них характерны многосвязность и сложное сопряженное пространственных форм, что н приводит к различию технологических условий формирования микроструктуры в разных частях изделия. Неоднородность свойств может значительно повлиять на их механическое поведение, включая процессы разрушения.

В качестве объекта исследования макроскопической неоднородности механических свойств был выбран корпус насоса горючего ЖРД 1 ступени РН «Протон». Для корпуса были выделены две критические области - верхний фланец стыковочный я улитка (рис. 3,4).

Проведённая программа испытаний включала эксперименты на статическую и циклическую трещшюстойкость, а также усталостную долговечность алюминиевого сплава Ак-9ч. Для статических испытаний на трещиностойкбсть была использована схема трёх точечного изгиба, для циклических - консольного изгиба.

Исследование несущей способности и живучести элементов объёмных конструкций сложной геометрии с микро- и макродефектами базируется на решении краевой задачи механики деформируемого твёрдого тела для рассматриваемого объ-зкга, она состоит:

1. Построение геометрической модели.

2. Генерация сеточной модели.

3. Формулировка граничных условий в математической форме и в терминах сеточной модели.

4. Вычисление коэффициентов локальных и глобальной матрицы жёсткости.

5. Решение полученной системы уравнений.

6. Исследование сходимости решения.

Наиболее рациональней методикой проведения анализа напряженно деформируемого состояния является следующая последовательность:

1. Сначала на более грубой сетке для заданной геометрической модели рассчитываются поля перемещений, деформаций и напряжений, анализируется их распределение, определяются области с тпах и min градиентами аселедуемых полей.

2. Численное решение уточняется путём сгущения сетки, причём наибольшая плотность сетки генерируется в областях с большей степенью анализируемых функций.

3. Дальнейшее количественное уточнение решения метода на сетке, соответствующей яли близкой к ранее сгенерированной. Для получения замкнутой системы уравнений на основе сеточной модели необходимо ¡формулировать граничные условия и условия нагруженяя в математической модели, а затем перенести эти условия на сеточную модель, либо определить юс фазу в терминах сеточной модели.

Представление результатов для какой-либо одной отдельной компоненты тензора напряжений или деформаций, как правило, не является ^формативным вследствие сложного напряжённо деформированного состояния исследуемой конструкции. Обычно в качестве меры напряжённого :остояния используют инварианты тензора напряжений, эффективные гапряження, эквивалентные напряжения. Для первичного анализа усматриваемой конструкции использовалась сеточная дискретизация •еометрической модели на основе 4-х узлового КЭ в форме пирамиды тетраэдральный элемент) с 6-ю степенями свободы в каждом узле (в терминах тета ANSYS - элемент типа SOLID72). Параметры дискретизации: 1356 «лов, 4280 элементов, прикладываемое внутреннее давление - 45,0 МПа рис.9). Решение разрешающей системы линейных алгебраических уравнений три реализации метода конечных элементов осуществлялось на основе ^пользования прямого и итерационного методов. -

Анализ полей напряжений в детали для данного уровня дискретизации юказал:

- наименьшие эквивалентные напряжения (до 100 МПа) возникают во

фланце патрубка;

- в основном корпусе М216-011 уровень напряжений не превышает 200-256 МПа;

- повышенные напряжения реализуются на отдельных поверхностях с приложенной внешней нагрузкой и в окрестности основания улитки;

- тах напряжения в корпусе составили 486 МПа.

ВЫВОДЫ

1 Описаны теоретические основы расчёта и прогнозирования несущей способности и живучести высоконагруженных элементов конструкции двигателя с микро- и макродефектами, базирующиеся на решениях краевой задачи о деформировании упругого объёмного тела, краевой задачи о напряжённо-деформированном состоянии в окрестности вершины трещины с применением моделей усталостного и статического упруго-хрупкого разрушения материалов и конструкций.

2 Проведены механические испытания образцов алюминиевого сшива АК-9ч, экспериментально определены характеристики усталостной долговечности, статической и циклической трещиностойкости.

3 Разработаны геометрические и сеточный модели пространственной корпусной детали жидкостного ракетного двигателя с различной плотностью дискретизации и порядком аппроксимирующих функций. Решены пространственные задачи анализа напряжённо-деформированного состояния в корпусной детали ЖРД сложной формы и при наличии дефектов типа трещин для различного взаимного расположения и пространственной ориентации.

4 Проведена оценка малощшгавой усталостной прочности корпуса М216-011; показано, что запасы несущей способности в зонах фланца и улитки существенно превышают средние показатели по конструкции в целом и образование дефектов в данных областях не может быть связано с механизмом малоцикловой усталости литого алюминиевого сплава, как при номинальном режиме работы изделия, так и при повышенных нагрузках.

5 Исследована статическая и циклическая трещиностойкость изделия в зонах фланца и улитки; результаты численного анализа свидетельствуют о том, что статического разрушения в данных зонах не происходит, несмотря на высокую вероятность схрагивания трещины. При исследовании циклической трещиностойкости высокий статистический разброс значений порогового коэффициента интенсивности напряжений не исключает страгивания трещины особенно для дефектов ориентированных в окружном направлении.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1 Синани И.Л., Фомин Й.Б., Мусин Р.К. Магнетронное распыление молибдена гта титановый сатав/ Труды 5 Международной конференции «Плёнки и покрытия 98», Санкт-Петербург, 1998, С.446-449.

2 Патент на изобретение № 2153955 от 10 августа 2000г. Способ изготовления толстостенных трубных отливок из жаропрочных сплавов. Дубровский В.А., Сагюков В.А., Фомин И.Б., Падерина Е.М. Патентообладатель ОАО «Протон - Пермские моторы».

3 Патент на изобретение № 2118229 от 27 августа 1998г. Способ изготовления сложнофасонных отливок из жаропрочных сталей на никелевой эснове. Дубровский В.А., Кравцов H.H., Саткжов В.А., Фомин И.Б, патентообладатель ОАО «Пермские моторы».

4 Мусин Р.К., Фомин И.Б., Синани И.Л., Ольшанская Т.В. Оборудование соединений в контактной паре OT-4-Mo при магнетронном заспылении молибдена/ Механика и технология материалов и конструкций. Зестник ПГТУ-2000 № 3, с .38-42.

5 Мусин Р.К., Синани И.Л., Фомин И.Б., Клгочка Ю.В. Диффузионное взаимодействие в системе OT-4-Mo-Ni в интервале температур тайки разнородных материалов/ Механика и технология материатов и сонструкций. Вестник ПГТУ 2000 № 3, С.74-80.

6 Фомин И.Б., Ссколкин Ю.В., Чекалкин A.A. Аиализ яахроскопической неоднородности механический характеристик сплава АК-9ч i корпусных деталях ЖРД/ Аэрокосмическая техника и высокие технологии -¡000. Тез. докл. Всерос. научно-техн. конф. - Пермь: ПГТУ, 2000. - с. 219.

7 Численное моделирование и прогнозирование усталостной (олговечности и трешиностойкости корпусных деталей ЖРД с дефектами/ 1?омин И.Б., Котов А.Г., Соколкин Ю.В., Чекалкин A.A. - Пермский осударствешшх технический университет, Пермь, 2000. - 40 с. Деп. в 5ИНИТИ 23.02.01 № 462-В2001.

8 Основы теоретического и экспериментального исследования юсущей способности и живучести конструкций ЖРД с микро- и шродефекгами/ Фомин И.Б. - Пермский государственный технический ниверситет, Пермь, 2000. - 54 с. Деп. в ВИНИТИ 23.02.01 № 463-В2001.

9 Анциферов В.Н., Мусин P.A., Синани И.Л., Фомин И.Б. Разработки лоистой композиции для пайки разнородных материалов двигательных становок/ Аэрокосмическая механика и высокие технологии - 2001. Мат. ícepoc. научно-техн. конф. -Пермь: ПГТУ,2001. -С.36.

10 Фомин И.Б., Котов А.Г., Соколкин Ю.В., Чекалкин A.A. Численное годелирование несущей способности корпуса турбопасосного агрегата ЖРД/ ^эрокосмическая техника и высокие технологии - 2001. Мат. Всерос. научно-ехн. конф. - Пермь: ПГТУ, 2001. - с.380.

И Фомин И.Б., Бабушкин A.B., Соколкин Ю.В., Чекалкин A.A. 4алоцикловая усталость, сопротивление статическому и циклическому росту рещин алюминиевого сплава АК-9ч/ Аэрокосмическая техника и высокие ехнологии - 2001. Маг.Всерос. шучнотехн,конф. - Пермь: ПГТУ, 2001. - с. 381.