Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения
На основе полуаналитического метода конечных элементов и соотношений континуальной механики разрушения проведено численное исследование ползучести и распространения зоны континуального разрушения в лопатке газотурбинной установки. Определена величина ресурса до образования трещиноподобного дефекта и...
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47801 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения / В.А. Баженов, А.И. Гуляр, С.О. Пискунов, А.А. Шкрыль // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 87-93. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-47801 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-478012013-08-01T15:05:43Z Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения Баженов, В.А. Гуляр, А.И. Пискунов, С.О. Шкрыль, Ш.Ш. Научно-технический раздел На основе полуаналитического метода конечных элементов и соотношений континуальной механики разрушения проведено численное исследование ползучести и распространения зоны континуального разрушения в лопатке газотурбинной установки. Определена величина ресурса до образования трещиноподобного дефекта и пределы применимости соотношений континуальной механики разрушения. На основі напіваналітичного методу кінцевих елементів і співвідношень континуальної механіки руйнувань проведено численні дослідження повзучесті та розповсудження зони континуального руйнування у лопатці газотурбінної установки. Визначена величина ресурсу до утворення тріщиноподібного дефекта та межі застосування співвідношень континуальної механіки руйнування. The numerical analysis of creep and ruptured zone evolution of gas turbine blade is conducted on the basis of semi-analytical finite element method and continual damage mechanics equations. We estimated the blade life values corresponding to initiation of a crack-type defect and determined the continual damage mechanics application range. 2006 Article Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения / В.А. Баженов, А.И. Гуляр, С.О. Пискунов, А.А. Шкрыль // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 87-93. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47801 539.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Баженов, В.А. Гуляр, А.И. Пискунов, С.О. Шкрыль, Ш.Ш. Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения Проблемы прочности |
| description |
На основе полуаналитического метода конечных элементов и соотношений континуальной механики разрушения проведено численное исследование ползучести и распространения зоны континуального разрушения в лопатке газотурбинной установки. Определена величина ресурса до образования трещиноподобного дефекта и пределы применимости соотношений континуальной механики разрушения. |
| format |
Article |
| author |
Баженов, В.А. Гуляр, А.И. Пискунов, С.О. Шкрыль, Ш.Ш. |
| author_facet |
Баженов, В.А. Гуляр, А.И. Пискунов, С.О. Шкрыль, Ш.Ш. |
| author_sort |
Баженов, В.А. |
| title |
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения |
| title_short |
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения |
| title_full |
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения |
| title_fullStr |
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения |
| title_full_unstemmed |
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения |
| title_sort |
определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях ползучести на основе континуальной механики разрушения |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47801 |
| citation_txt |
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях
ползучести на основе континуальной механики разрушения / В.А. Баженов, А.И. Гуляр, С.О. Пискунов, А.А. Шкрыль // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 87-93. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT baženovva opredelenieresursalopatkigazovojturbinyvusloviâhpolzučestinaosnovekontinualʹnojmehanikirazrušeniâ AT gulârai opredelenieresursalopatkigazovojturbinyvusloviâhpolzučestinaosnovekontinualʹnojmehanikirazrušeniâ AT piskunovso opredelenieresursalopatkigazovojturbinyvusloviâhpolzučestinaosnovekontinualʹnojmehanikirazrušeniâ AT škrylʹšš opredelenieresursalopatkigazovojturbinyvusloviâhpolzučestinaosnovekontinualʹnojmehanikirazrušeniâ |
| first_indexed |
2025-07-04T07:50:26Z |
| last_indexed |
2025-07-04T07:50:26Z |
| _version_ |
1836701899490852864 |
| fulltext |
УДК 539.4
Определение ресурса лопатки газовой турбины в условиях
ползучести на основе континуальной механики разрушения
В. А. Баженов, А. И. Гуляр, С. О. Пискунов, А. А. Шкрыль
Научно-исследовательский институт строительной механики, Киев, Украина
На основе полуаналитического метода конечных элементов и соотношений континуальной
механики разрушения проведено численное исследование ползучести и распространения зоны
континуального разрушения в лопатке газотурбинной установки. Определена величина ре
сурса до образования трещиноподобного дефекта и пределы применимости соотношений
континуальной механики разрушения.
К л ю ч е в ы е с л о в а : п о л з у ч е с т ь , к о н т и н у а л ь н а я м е х а н и к а р а з р у ш е н и я , ч и с л е н
н о е м о д е л и р о в а н и е , м е т о д к о н е ч н ы х э л е м е н т о в , п р о с т р а н с т в е н н а я з а д а ч а ,
л о п а т к а г а з о в о й т у р б и н ы .
О б е с п е ч е н и е б е з о п а с н о с т и г а з о т у р б и н н ы х у с т а н о в о к ( Г Т У ) в т е ч е н и е
д л и т е л ь н ы х с р о к о в э к с п л у а т а ц и и т р е б у е т н а л и ч и я и н ф о р м а ц и и о б и з м е н е
н и и н е с у щ е й с п о с о б н о с т и и х о т в е т с т в е н н ы х у з л о в и д е т а л е й . П р и н а г р у
ж е н и и п о д в о з д е й с т в и е м в ы с о к и х т е м п е р а т у р р е с у р с л о п а т о к Г Т У в с у щ е с т
в е н н о й с т е п е н и о п р е д е л я е т с я н а к о п л е н и е м д е ф о р м а ц и й п о л з у ч е с т и , ч т о
о б у с л о в л и в а е т н е о б х о д и м о с т ь р а с ч е т а н а д л и т е л ь н у ю п р о ч н о с т ь . В о п р о с ы
о п р е д е л е н и я н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я л о п а т о к Г Т У с у ч е
т о м д е ф о р м а ц и й п о л з у ч е с т и р а с с м о т р е н ы а в т о р а м и р а б о т [ 1 - 3 ] и д р . П р и
э т о м в [ 4 ] о т м е ч а е т с я , ч т о м о д е л и р о в а н и е п р о ц е с с о в д е ф о р м и р о в а н и я д е
т а л е й с т а ц и о н а р н ы х Г Т У , р а с ч е т н ы й р е с у р с к о т о р ы х с о с т а в л я е т п о р я д к а
5 0 . . . 1 0 0 т ы с . ч . , т р е б у е т и с п о л ь з о в а н и я ф и з и ч е с к и х у р а в н е н и й , у ч и т ы в а
ю щ и х с о п у т с т в у ю щ е е п о л з у ч е с т и н а к о п л е н и е п о в р е ж д е н и й м а т е р и а л а . Н е
о б х о д и м о с т ь п р о г н о з и р о в а н и я в о з н и к н о в е н и я д е ф е к т о в м а т е р и а л а н а н а ч а л ь
н о й с т а д и и и х р а з в и т и я о т м е ч а е т с я т а к ж е в [ 5 ] .
В р а б о т е [ 6 ] с и с п о л ь з о в а н и е м р а з р а б о т а н н о й н а о с н о в е п о л у а н а л и т и
ч е с к о г о м е т о д а к о н е ч н ы х э л е м е н т о в ( П М К Э ) [ 7 ] м е т о д и к и ч и с л е н н о г о м о д е
л и р о в а н и я н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я , п о л з у ч е с т и и к о н т и
н у а л ь н о г о р а з р у ш е н и я п р о с т р а н с т в е н н ы х т е л , п р о в е д е н о о п р е д е л е н и е р е
с у р с а д о н а ч а л а р а з р у ш е н и я , а т а к ж е р а с п о л о ж е н и я м а к р о с к о п и ч е с к о г о
д е ф е к т а ( н а ч а л ь н о й з о н ы р а з р у ш е н и я ) в л о п а т к е Г Т У . П о к а з а н о , ч т о з а д а ч у
о б о п р е д е л е н и и р е с у р с а н е о б х о д и м о р е ш а т ь в п р о с т р а н с т в е н н о й п о с т а н о в к е
с у ч е т о м п е р е р а с п р е д е л е н и я н а п р я ж е н и й в п р о ц е с с е п о л з у ч е с т и и з а в и
с и м о с т и ф и з и к о - м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в м а т е р и а л а о т т е м п е р а т у р ы . О д н а к о
в а ж н ы м я в л я е т с я в о п р о с о в е л и ч и н е д о б а в о ч н о г о р е с у р с а , с в я з а н н о г о с
р а с п р о с т р а н е н и е м з о н ы к о н т и н у а л ь н о г о р а з р у ш е н и я .
Ц е л ь ю д а н н о й р а б о т ы я в л я е т с я р а з р а б о т к а м е т о д и к и м о д е л и р о в а н и я
р а с п р о с т р а н е н и я з о н р а з р у ш е н и я в п р о с т р а н с т в е н н ы х т е л а х , о ц е н к а в е л и
ч и н ы д о п о л н и т е л ь н о г о р е с у р с а , с в я з а н н о г о с р а с п р о с т р а н е н и е м з о н ы р а з р у
ш е н и я и о п р е д е л е н и е п р е д е л о в п р и м е н и м о с т и с о о т н о ш е н и й к о н т и н у а л ь н о й
м е х а н и к и р а з р у ш е н и я ( К М Р ) д л я р а с с м а т р и в а е м о г о т и п а о б ъ е к т о в . Д л я
© В. А. БАЖЕНОВ, А. И. ГУЛЯР, С. О. ПИСКУНОВ, А. А. ШКРЫЛЬ, 2006
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4 87
В. А. Баженов, А. И. Гуляр, С. О. Пискунов, А. А. Шкрылъ
р е ш е н и я п о с т а в л е н н о й з а д а ч и т р е б у е т с я р а з р а б о т к а к о н е ч н о - э л е м е н т н о й
б а з ы , п о з в о л я ю щ е й м о д е л и р о в а т ь к а к п е р е м е н н у ю г е о м е т р и ю л о п а т к и в д о л ь
в е р т и к а л ь н о й о с и , т а к и н а л и ч и е з о н р а з р у ш е н и я , с о з д а н и я э ф ф е к т и в н ы х
а л г о р и т м о в м о д е л и р о в а н и я р а з в и т и я з о н р а з р у ш е н и я и р е ш е н и я с и с т е м
н е л и н е й н ы х у р а в н е н и й П М К Э .
О п и с а н и е п р о ц е с с а п о л з у ч е с т и в ы п о л н е н о н а о с н о в е у р а в н е н и й т е о р и и
у п р о ч н е н и я с и с п о л ь з о в а н и е м п а р а м е т р а п о в р е ж д а е м о с т и К а ч а н о в а - Р а б о т -
н о в а .
Л о п а т к а п р е д с т а в л я е т с о б о й п р о с т р а н с т в е н н о е т е л о с л о ж н о й к о н ф и г у
р а ц и и , о б у с л о в л е н н о й п е р е м е н н о й п л о щ а д ь ю п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я и н а л и
ч и е м з а к р у ч и в а н и я о т н о с и т е л ь н о в е р т и к а л ь н о й о с и . И с х о д я и з к о н с т р у к
т и в н ы х о с о б е н н о с т е й л о п а т к и и х а р а к т е р а д е й с т в у ю щ и х н а г р у з о к , д л я п р о
в е д е н и я р а с ч е т а б ы л в ы д е л е н е е ф р а г м е н т [ 6 ] . П р и м е н е н и е П М К Э п р е д
у с м а т р и в а е т н а н е с е н и е к о н е ч н о - э л е м е н т н о й с е т к и в п л о с к о с т и п о п е р е ч н о г о
с е ч е н и я т е л а и и с п о л ь з о в а н и е о д н о г о к о н е ч н о г о э л е м е н т а ( К Э ) в п е р п е н
д и к у л я р н о м н а п р а в л е н и и ( в д о л ь о б р а з у ю щ е й ) . В о б л а с т и п о п е р е ч н о г о с е ч е
н и я К Э и с п о л ь з у е т с я б и л и н е й н ы й з а к о н р а з л о ж е н и я п е р е м е щ е н и й , а в д о л ь
о б р а з у ю щ е й п е р е м е щ е н и я п р е д с т а в л я ю т с я в в и д е р а з л о ж е н и я п о с и с т е м е
к о о р д и н а т н ы х ф у н к ц и й ( г а р м о н и к ) [ 6 , 7 ] , ч и с л о к о т о р ы х о п р е д е л я е т с я н е
о д н о р о д н о с т ь ю н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я и у д о в л е т в о р е н и
е м у с л о в и й с х о д и м о с т и п о л у ч а е м ы х р е з у л ь т а т о в п р и п о с л е д о в а т е л ь н о м у в е
л и ч е н и и п а р а м е т р о в д и с к р е т н о й м о д е л и .
Т р а д и ц и о н н о о б л а с т ь п р и м е н е н и я П М К Э о г р а н и ч е н а т е л а м и , г е о м е т
р и я к о т о р ы х н е и з м е н я е т с я в н а п р а в л е н и и о б р а з у ю щ е й . Д л я у ч е т а в л и я н и я
з а к р у ч и в а н и я ф р а г м е н т а л о п а т к и н а н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о е с о с т о я
н и е б ы л и з б р а н п о д х о д , о с н о в а н н ы й н а и з м е н е н и и и с х о д н о й п л о т н о с т и
м а т е р и а л а в р а з л и ч н ы х т о ч к а х п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я . Д л я у ч е т а п е р е м е н н о й
п л о щ а д и п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я и с п о л ь з о в а н ы н е о д н о р о д н ы е п р и з м а т и ч е с к и е
К Э ( р и с . 1 ) , к о м п о н е н т ы в е к т о р а у з л о в ы х р е а к ц и й и м а т р и ц ы ж е с т к о с т и
к о т о р ы х о п р е д е л е н ы с о г л а с н о ф о р м у л а м , п р и в е д е н н ы м в [ 6 ] и в к л ю ч а ю щ и м
в д а н н о м с л у ч а е с л е д у ю щ и е в е л и ч и н ы :
і а \
л 1)
V )
м
т =1
g
\ )
х 3=1
[т ]0о = 5$ т)
X =— 1
о
й $ (п) г т
м
^ 3 = Х $ ^
о
й $ (п) г т Ш )
V т=1 - V )
Н
х 3=1
тт т
т
г д е g = g ( х 3 ) - ф у н к ц и я , у ч и т ы в а ю щ а я и з м е н е н и е п л о щ а д и п о п е р е ч н о г о
с е ч е н и я п о д л и н е К Э .
Д л я п р о в е р к и д о с т о в е р н о с т и д а н о г о п о д х о д а р е ш е н а т е с т о в а я з а д а ч а о
р а с т я ж е н и и п р и з м а т и ч е с к о г о с т е р ж н я п е р е м е н н о й п л о щ а д и п о п е р е ч н о г о
с е ч е н и я . П о г р е ш н о с т ь о п р е д е л е н и я н а п р я ж е н и й и п е р е м е щ е н и й п о д л и н е
с т е р ж н я , п о л у ч е н н ы х с и с п о л ь з о в а н и е м т р а д и ц и о н н о г о и п о л у а н а л и т и ч е с -
к о г о в а р и а н т о в М К Э , л е ж и т в п р е д е л а х 1 % .
88 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Определение ресурса лопатки газовой турбины
1
М о м е н т в р е м е н и , к о г д а в н е к о т о р о й т о ч к е т е л а с к о о р д и н а т а м и (2 ,
2' * 3' * *2 , 2 ) п а р а м е т р п о в р е ж д а е м о с т и д о с т и г а е т к р и т и ч е с к о г о з н а ч е н и я ю ,
ф и к с и р у е т с я к а к м о м е н т п о я в л е н и я н а ч а л ь н о й з о н ы к о н т и н у а л ь н о г о р а з
р у ш е н и я ( р и с . 2 , а ) . В о к р е с т н о с т и д а н н о й т о ч к и в в о д и т с я п о л о с т ь о б ъ е м о м
V о ( р и с . 2 , 6 ) . З н а ч е н и е V 0 в п о п е р е ч н о м с е ч е н и и т е л а о п р е д е л я е т с я р а з
м е р о м К Э , а в н а п р а в л е н и и о б р а з у ю щ е й - ч и с л о м г а р м о н и к , и с п о л ь з у е м ы х
д л я а п п р о к с и м а ц и и н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я . Д а л е е з а д а ч а
п о л з у ч е с т и р е ш а е т с я в с о о т в е т с т в и и с и з л о ж е н н ы м в [ 6 ] а л г о р и т м о м п р и
*
н а л и ч и и п о л о с т и о б ъ е м о м V о д о д о с т и ж е н и я у с л о в и я ю = ю в д р у г и х
т о ч к а х к о н с т р у к ц и и , к к о т о р ы м п р и м е н я е т с я п р о ц е д у р а в в е д е н и я п о л о с т и
%
V о . П р о ц е с с з а к а н ч и в а е т с я п о д о с т и ж е н и и п о л о с т ь ю о б ъ е м а V ( р и с . 2 , в ) .
в
Рис. 2. Алгоритм моделирования зоны распространения континуального разрушения.
М о д е л и р о в а н и е п о л о с т и в ы п о л н я е т с я с у ч е т о м у с л о в и я Е 2 ^ 0 д л я
и с п о л ь з у е м о г о К Э ( р и с . 1 ) . Д о с т о в е р н о с т ь р е з у л ь т а т о в П М К Э п р и н а л и ч и и
п о л о с т е й р а з л и ч н о г о р а з м е р а п о д т в е р ж д е н а р е ш е н и е м т е с т о в о й з а д а ч и о
р а с т я ж е н и и п р я м о у г о л ь н о й п л а с т и н ы с п о л о с т ь ю ( р и с . 3 ) . Р а с п р е д е л е н и я
н а п р я ж е н и й , п о л у ч е н н ы е в х а р а к т е р н ы х с е ч е н и я х п л а с т и н ы п р и р а з н ы х
с о о т н о ш е н и я х х а р а к т е р н ы х р а з м е р о в п л а с т и н ы и п о л о с т и , н а о с н о в е М К Э и
П М К Э с о в п а д а ю т ( р и с . 3 ) . Т а к и м о б р а з о м , П М К Э п о з в о л я е т а д е к в а т н о
о п и с ы в а т ь н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о е с о с т о я н и я н е т о л ь к о д л я с п л о ш
н ы х п р и з м а т и ч е с к и х т е л [ 7 ] , н о и п р и н а л и ч и и п о л о с т е й р а з л и ч н о г о р а з м е р а
и к о н ф и г у р а ц и и .
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2006, № 4 89
В. А. Баженов, А. И. Гуляр, С. О. Пискунов, А. А. Шкрылъ
кг!сы?
2 .5
2,0
1 .5
1,0
0 ,5
Сечение А-А
л
ч
Е,
*
А Ґ . А
г 1;
/ "Г
а _ г 2'
N т г т
ь
▼ ♦ ♦
♦ ПМКЭ — м к э
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 7\шл
Рис. 3. Результаты решения тестовой задачи о растяжении пластины с полостью.
Д о с т о в е р н о с т ь а л г о р и т м а м о д е л и р о в а н и я р а с п р о с т р а н е н и я з о н ы р а з р у
ш е н и я п о д т в е р ж д е н а р е ш е н и е м п р и в е д е н н о й в [ 8] з а д а ч и о р а з р у ш е н и и
т о л с т о с т е н н о й т р у б ы .
Д и с к р е т н а я м о д е л ь ф р а г м е н т а л о п а т к и , п о с т р о е н н а я с и с п о л ь з о в а н и е м
н е о д н о р о д н ы х п р и з м а т и ч е с к и х К Э п е р е м е н н о й п л о щ а д и п о п е р е ч н о г о с е ч е
н и я п р и в е д е н а н а р и с . 4 . Р а с п р е д е л е н и я н а п р я ж е н и й п о в ы с о т е ф р а г м е н т а
л о п а т к и , п о л у ч е н н ы е н а о с н о в е П М К Э в п р е д п о л о ж е н и и у п р у г о г о д е ф о р
м и р о в а н и я м а т е р и а л а , с о в п а д а ю т с р е з у л ь т а т а м и , р а с с ч и т а н н ы м и н а о с н о в е
т р а д и ц и о н н о г о т р е х м е р н о г о м е т о д а К Э с у ч е т о м р е а л ь н о й п е р е м е н н о й
г е о м е т р и и ф р а г м е н т а л о п а т к и .
Рис. 4. Дискретная модель фрагмента лопатки и распределение напряжений по высоте
фрагмента лопатки.
90 1&$М 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Определение ресурса лопатки газовой турбины
Д л я м о д е л и р о в а н и я д е ф о р м и р о в а н и я ф р а г м е н т а л о п а т к и в у с л о в и я х
п о л з у ч е с т и и р а с п р о с т р а н е н и я з о н ы р а з р у ш е н и я т р е б у е т с я п р о в е д е н и е
и с с л е д о в а н и й с х о д и м о с т и р е з у л ь т а т о в п р и п о с л е д о в а т е л ь н о м у в е л и ч е н и и
п а р а м е т р о в д и с к р е т н о й м о д е л и . Т а к , у в е л и ч е н и е ч и с л а г а р м о н и к с 9 д о 3 0
%
п о з в о л и л о у т о ч н и т ь в р е м я д о н а ч а л а р а з р у ш е н и я г о н а 1 5 % . В т о ж е в р е м я
п о с л е д о в а т е л ь н о е с г у щ е н и е и с х о д н о й К Э с е т к и в п о п е р е ч н о м с е ч е н и и ( р и с . 4 )
в д в а , ч е т ы р е и в о с е м ь р а з к а к п о т о л щ и н е , т а к и в д о л ь с т е н к и л о п а т к и ( н а
р и с . 5 э т и с е т к и о б о з н а ч е н ы “ 2 Х ” , “ 4 Х ” , “ 8Х ” , г д е ч и с л о с о о т в е т с т в у е т
${с
к о л и ч е с т в у К Э п о т о л щ и н е с т е н к и л о п а т к и ) м а л о п о в л и я л о н а в е л и ч и н у г .
Т а к о й р е з у л ь т а т о б ъ я с н я е т с я с у щ е с т в е н н о й л о к а л и з а ц и е й з о н ы м а к с и м а л ь
н ы х з н а ч е н и й п о в р е ж д а е м о с т и п о в ы с о т е л о п а т к и . Н а ч а л ь н а я з о н а р а з р у -
%
ш е н и я ф о р м и р у е т с я в м о м е н т в р е м е н и г в т о ч к е 1 п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я
%
л о п а т к и , р а с п о л о ж е н н о г о н а р а с с т о я н и и К о т о с и в р а щ е н и я [ 6 ] .
Рис. 5. Дискретные модели в поперечном сечении лопатки.
В в е д е н и е в р а с ч е т н у ю с х е м у п о л о с т и , р а з м е р к о т о р о й н а м н о г о м е н ь ш е
х а р а к т е р н ы х р а з м е р о в о б ъ е к т а , п р и в о д и т к к о л и ч е с т в е н н ы м и к а ч е с т в е н н ы м
и з м е н е н и я м в к а р т и н е р а с п р е д е л е н и я н а п р я ж е н и й , с в я з а н н ы м с к о н ц е н т р а
ц и е й н а п р я ж е н и й в о к р е с т н о с т и п о л о с т и . Р е ш е н и е с о о т в е т с т в у ю щ е й з а д а ч и
т р е б у е т з н а ч и т е л ь н ы х в ы ч и с л и т е л ь н ы х з а т р а т , п о с к о л ь к у т а к и е и з м е н е н и я
п р о и с х о д я т п р и к а ж д о й т р а н с ф о р м а ц и и к о н ф и г у р а ц и и з о н ы р а з р у ш е н и я .
Р е з у л ь т а т ы и с с л е д о в а н и й п о к а з а л и , ч т о р а с п р о с т р а н е н и е з о н ы р а з р у
ш е н и я п р о и с х о д и т п р е и м у щ е с т в е н н о в п о п е р е ч н о м с е ч е н и и л о п а т к и : х а р а к
т е р н ы й р а з м е р з о н ы в п л а н е I о щ у т и м о п р е в ы ш а е т е е в ы с о т у И . П о с к о л ь
к у п р и н я т ы е д о п у щ е н и я о р а з м е р е н а ч а л ь н о г о о б ъ е м а р а з р у ш е н и я V о
о б у с л о в л е н ы и с к л ю ч и т е л ь н о п а р а м е т р а м и д и с к р е т н о й м о д е л и и с с л е д у е м о г о
о б ъ е к т а , о б я з а т е л ь н ы м я в л я е т с я и с с л е д о в а н и е с х о д и м о с т и п о л у ч а е м ы х р е
з у л ь т а т о в п р и п о с л е д о в а т е л ь н о м у м е н ь ш е н и и р а з м е р а V о п р и с г у щ е н и и
с е т к и К Э . П о л у ч е н н ы е р е з у л ь т а т ы п о к а з а л и , ч т о т о л щ и н а з о н ы р а з р у ш е н и я
н е с т а б и л и з и р у е т с я , а с т р е м и т с я к н у л ю ( р и с . 6) . П р и э т о м в е л и ч и н а
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2006, № 4 91
В. А. Баженов, А. И. Гуляр, С. О. Пискунов, А. А. Шкрыль
д о б а в о ч н о г о р е с у р с а , о б у с л о в л е н н о г о р а з в и т и е м з о н ы р а з р у ш е н и я в е с ь м а
*
н е з н а ч и т е л ь н а и с о с т а в л я е т о к о л о 5 % в е л и ч и н ы г .
Э т о п о з в о л и л о к о н с т а т и р о в а т ь , ч т о р а з в и т и е з о н ы р а з р у ш е н и я п р и в о д и т
к о б р а з о в а н и ю в к о н с т р у к ц и и д е ф е к т а т и п а “ т р е щ и н а ” , д а л ь н е й ш е е р а з в и
т и е к о т о р о г о н е м о ж е т б ы т ь о п и с а н о с и с п о л ь з о в а н и е м с о о т н о ш е н и й К М Р .
А н а л и з с х о д и м о с т и в е л и ч и н ы д о б а в о ч н о г о р е с у р с а , в ы п о л н е н н ы й б е з о т н о
с и т е л ь н о к а б с о л ю т н ы м р а з м е р а м и к о н с т р у к т и в н ы м о с о б е н н о с т я м и с с л е
д у е м о г о о б ъ е к т а , а в з а в и с и м о с т и о т о т н о ш е н и я д л и н ы о б р а з о в а в ш е г о с я
т р е щ и н о п о д о б н о г о д е ф е к т а к е г о в ы с о т е 1/Н п о к а з а л , ч т о п о д о с т и ж е н и и
з о н о й р а з р у ш е н и я о т н о ш е н и я в ы с о т ы к д л и н е 1/Н ~ 10 д а л ь н е й ш е е р а с
п р о с т р а н е н и е з о н ы р а з р у ш е н и я п р о и с х о д и т в т е ч е н и е м а л о г о п р о м е ж у т к а
в р е м е н и ( р и с . 7 ) .
Рис. 6. Соотношения характерных размеров зон разрушения, полученных с использованием
различных дискретных моделей.
сч
г * '
100%
“ И ’
„ - ■*
ш Ч-
■ Т* "
** *
V
V н ------------%/ /
------------1/SV0
----------
/
о 5 ю 15 20 l / h
Рис. 7. Сходимость величин дополнительного ресурса до достижения зоной разрушения
разных отношений размеров l/h.
Т а к и м о б р а з о м , в р е м я д о д о с т и ж е н и я з о н о й р а з р у ш е н и я р а з м е р а , с о о т
в е т с т в у ю щ е г о 1/Н ~ 10, м о ж н о с ч и т а т ь м о м е н т о м о б р а з о в а н и я д е ф е к т а т и п а
“ т р е щ и н а ” . О б щ а я в е л и ч и н а д о б а в о ч н о г о р е с у р с а , с в я з а н н о г о с р а з в и т и е м
92 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 4
Определение ресурса лопатки газовой турбины
з о н ы р а з р у ш е н и я , м о д е л и р о в а н и е к о т о р о г о о с у щ е с т в и м о в р а м к а х к о р р е к т
н о г о п р и м е н е н и я с о о т н о ш е н и й К М Р д л я р а с с м а т р и в а е м о г о о б ъ е к т а н е п р е
в ы ш а е т 5 % р е с у р с а д о ф о р м и р о в а н и я н а ч а л ь н о й з о н ы р а з р у ш е н и я . Д а л ь
н е й ш е е о п р е д е л е н и е р е с у р с а л о п а т к и т р е б у е т п р и м е н е н и я с о о т н о ш е н и й
м е х а н и к и р а з р у ш е н и я .
Р е з ю м е
Н а о с н о в і н а п і в а н а л і т и ч н о г о м е т о д у к і н ц е в и х е л е м е н т і в і с п і в в і д н о ш е н ь
к о н т и н у а л ь н о ї м е х а н і к и р у й н у в а н ь п р о в е д е н о ч и с л е н н і д о с л і д ж е н н я п о в з у -
ч е с т і т а р о з п о в с у д ж е н н я з о н и к о н т и н у а л ь н о г о р у й н у в а н н я у л о п а т ц і г а з о
т у р б і н н о ї у с т а н о в к и . В и з н а ч е н а в е л и ч и н а р е с у р с у д о у т в о р е н н я т р і щ и н о -
п о д і б н о г о д е ф е к т а т а м е ж і з а с т о с у в а н н я с п і в в і д н о ш е н ь к о н т и н у а л ь н о ї м е х а
н і к и р у й н у в а н н я .
1 . С и м и н Н . О . , Л е б е д е в А . С . С т р а т е г и я р е с у р с н о г о п р о е к т и р о в а н и я
с т а ц и о н а р н ы х г а з о т у р б и н н ы х у с т а н о в о к н а о с н о в е а н а л и з а п р о ч
н о с т и о с н о в н ы х у з л о в Г Т Д / / В і б р а ц і ї в т е х н и ц і і т е х н о л о г і я х . - 2 0 0 4 . -
№ 6 ( 3 8 ) . - С . 5 - 9 .
2 . К о б е л ъ с к и й С . В . , К у р и а т Р . И . , К р а в ч е н к о В . И . , К в и т к а А . Л . Ч и с л е н
н о е м о д е л и р о в а н и е т е р м о н а п р я ж е н н о г о с о с т о я н и я м о д е л е й л о п а т о к
Г Т Д с т е п л о з а щ и т н ы м и п о к р ы т и я м и и о ц е н к а и х р е с у р с а / / О ц і н к а й
о б ґ р у н т у в а н н я п р о д о в ж е н н я р е с у р с у е л е м е н т і в к о н с т р у к ц і й : Т р . М і ж н а р .
к о н ф . ( К и ї в , 6 - 9 ч е р в н я 2 0 0 0 р . ) / В і д п . р е д . В . Т . Т р о щ е н к о . - К и ї в :
Л о г о с , 2 0 0 0 . - Т . 2 . - С . 7 9 5 - 8 0 0 .
3 . Г е ц о в Л . Б . , М е л ъ н и к о в Б . Е . , С е м е н о в А . С . , Ф о к и н Д . Ю . и д р .
П р о ч н о с т ь р а б о ч и х л о п а т о к Т В Д т у р б и н ы Г Т К - 2 5 И и м е т о д ы п о в ы
ш е н и я р е с у р с а / / Н а у ч н о - т е х н и ч е с к и е п р о б л е м ы п р о г н о з и р о в а н и я н а
д е ж н о с т и и д о л г о в е ч н о с т и к о н с т р у к ц и й и м е т о д ы и х р е ш е н и я : Т р . V I
М е ж д у н а р . к о н ф . ( С . - П е т е р б у р г , 1 4 - 1 7 и ю н я 2 0 0 5 г . ) . - С П б . : С П б Г Т У ,
2 0 0 5 . - С . 1 5 5 - 1 6 3 .
4 . Г е ц о в Л . Б . М а т е р и а л ы и п р о ч н о с т ь д е т а л е й г а з о в ы х т у р б и н . - М . :
Н е д р а , 1 9 9 6 . - 5 9 1 с .
5 . М у р а в ч е н к о Ф . М . А к т у а л ь н ы е п р о б л е м ы д и н а м и к и , п р о ч н о с т и и н а
д е ж н о с т и а в и а д в и г а т е л е й / / В і б р а ц і ї в т е х н и ц і і т е х н о л о г і я х . - 2 0 0 4 . -
№ 6 ( 3 8 ) . - С . 2 - 4 .
6 . Б а ж е н о в В . А . , Г у л я р А . И . , К у ч е р Н . К . , П и с к у н о в С . О . В л и я н и е
п р о с т р а н с т в е н н о г о н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я н а д л и
т е л ь н у ю п р о ч н о с т ь л о п а т к и / / В і б р а ц і ї т е х н и ц і і т е х н о л о г і я х . - № 6 ( 3 8 ) .
- 2 0 0 4 . - С . 3 1 - 3 5 .
7 . Б а ж е н о в В . А . , Г у л я р А . И . , С а х а р о в А . С . , Т о п о р А . Г . П о л у а н а л и -
т и ч е с к и й м е т о д к о н е ч н ы х э л е м е н т о в в м е х а н и к е д е ф о р м и р у е м ы х т е л . -
К и е в : Н И И С М , 1 9 9 3 . - 3 7 6 с .
8 . Б о й л Д ж . , С п е н с Д ж . А н а л и з н а п р я ж е н и й в к о н с т р у к ц и я х п р и п о л з у
ч е с т и . - М . : М и р , 1 9 7 6 . - 3 6 0 с .
Поступила 04. 11. 2005
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2006, № 4 93
|