Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis
The competitiveness and economic efficiency of aviation gas turbine engines (GTE) are determined by the level of their reliability and resource. One of the most stressed elements of the GTE are disks. It is known that their destruction can lead to an air crash, and structural, technological, operati...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2026
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/350908 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Institution
Journal of Mechanical Engineering| _version_ | 1856543376894066688 |
|---|---|
| author | Гонтаровський, П. П. Угрімов, С. В. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| author_facet | Гонтаровський, П. П. Угрімов, С. В. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. |
| author_sort | Гонтаровський, П. П. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-01-28T09:40:24Z |
| description | The competitiveness and economic efficiency of aviation gas turbine engines (GTE) are determined by the level of their reliability and resource. One of the most stressed elements of the GTE are disks. It is known that their destruction can lead to an air crash, and structural, technological, operational and other factors can be the cause of this. The specified level of reliability must be ensured throughout the entire engine operation. The evaluation of the crack resistance of the GTE fan disk using an improved method for calculating the development of cracks in structures under cyclic loading, which is based on determining the magnitude of elastic-plastic deformations by the finite element method in the area of the crack tip, is given in the paper. The study was performed for two options of the calculation scheme. In the first one, the disk is considered taking into account the interlocking joints of the blade shanks, which are in contact with the disk teeth. They are modeled by a layer with orthotropic material properties. For the second option of the calculation scheme, the interlocking joints were not included in the model, and the load was applied to the disk rim. In this case, the centrifugal force load from the interlocking joint was taken into account. It was established that the hub of the disk is more stressed than the rim. The nature of the destruction of the GTE disk from the hub and rim sides is different, which is explained by the change in circumferential stresses in the direction of the crack depth. The crack displacement during the destruction of the disk in the rim occurs in the radial direction, and in the hub – in the axial direction. The results of the conducted research will increase the period of reliable operation of aircrafts, reduce the costs and time of their development, and will also contribute to increasing safety in performing civil and combat missions. |
| first_indexed | 2026-02-08T08:02:15Z |
| format | Article |
| id | journalsuranuajme-article-350908 |
| institution | Journal of Mechanical Engineering |
| language | English Ukrainian |
| last_indexed | 2026-02-08T08:02:15Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranuajme-article-3509082026-01-28T09:40:24Z Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis Оцінка міцності диска вентилятора газотурбінного двигуна на основі аналізу його тріщиностійкості Оцінка міцності диска вентилятора газотурбінного двигуна на основі аналізу його тріщиностійкості Гонтаровський, П. П. Угрімов, С. В. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. The competitiveness and economic efficiency of aviation gas turbine engines (GTE) are determined by the level of their reliability and resource. One of the most stressed elements of the GTE are disks. It is known that their destruction can lead to an air crash, and structural, technological, operational and other factors can be the cause of this. The specified level of reliability must be ensured throughout the entire engine operation. The evaluation of the crack resistance of the GTE fan disk using an improved method for calculating the development of cracks in structures under cyclic loading, which is based on determining the magnitude of elastic-plastic deformations by the finite element method in the area of the crack tip, is given in the paper. The study was performed for two options of the calculation scheme. In the first one, the disk is considered taking into account the interlocking joints of the blade shanks, which are in contact with the disk teeth. They are modeled by a layer with orthotropic material properties. For the second option of the calculation scheme, the interlocking joints were not included in the model, and the load was applied to the disk rim. In this case, the centrifugal force load from the interlocking joint was taken into account. It was established that the hub of the disk is more stressed than the rim. The nature of the destruction of the GTE disk from the hub and rim sides is different, which is explained by the change in circumferential stresses in the direction of the crack depth. The crack displacement during the destruction of the disk in the rim occurs in the radial direction, and in the hub – in the axial direction. The results of the conducted research will increase the period of reliable operation of aircrafts, reduce the costs and time of their development, and will also contribute to increasing safety in performing civil and combat missions. Конкурентоспроможність й економічна ефективність авіаційних газотурбінних двигунів (ГТД) визначаються рівнем їх надійності й ресурсу. Одними із найбільш напружених елементів ГТД є диски. Відомо, що їх руйнування може привести до авіакатастрофи, а причинами цього можуть бути конструктивні, технологічні, експлуатаційні та інші фактори. Заданий рівень надійності повинен забезпечуватися впродовж всього часу експлуатації двигуна. У роботі проведено оцінку тріщиностійкості диска вентилятора ГТД за допомогою удосконаленої методики розрахунку розвитку тріщин у конструкціях при циклічному навантаженні, яка ґрунтується на визначенні розмахів пружно-пластичних деформацій методом скінченних елементів у районі вершини тріщини. Дослідження виконано для двох варіантів розрахункової схеми. У першому з них диск розглядається із урахуванням замкових з’єднань хвостовиків лопаток, які контактують із зубцями диска. Вони моделюються шаром із ортотропними властивостями матеріалу. Для другого варіанта розрахункової схеми замкові з’єднання не включалися до моделі, а навантаження прикладалося до обода диска. При цьому бралося до уваги навантаження відцентрових сил від замкового з’єднання. Установлено, що ступиця диска більш напружена, ніж обід. Характер руйнування диска ГТД зі сторони ступиці і обода різний, що пояснюється зміною окружних напружень у напрямку глибини тріщини. Зрушення тріщини під час руйнування диска в ободі відбувається в радіальному напрямку, а у ступиці – в осьовому. Результати проведених досліджень дозволять підвищити строк надійної експлуатації літальних апаратів, зменшити витрати і час їх розробки, а також cприятимуть підвищенню безпеки при виконанні цивільних і бойових завдань. Конкурентоспроможність й економічна ефективність авіаційних газотурбінних двигунів (ГТД) визначаються рівнем їх надійності й ресурсу. Одними із найбільш напружених елементів ГТД є диски. Відомо, що їх руйнування може привести до авіакатастрофи, а причинами цього можуть бути конструктивні, технологічні, експлуатаційні та інші фактори. Заданий рівень надійності повинен забезпечуватися впродовж всього часу експлуатації двигуна. У роботі проведено оцінку тріщиностійкості диска вентилятора ГТД за допомогою удосконаленої методики розрахунку розвитку тріщин у конструкціях при циклічному навантаженні, яка ґрунтується на визначенні розмахів пружно-пластичних деформацій методом скінченних елементів у районі вершини тріщини. Дослідження виконано для двох варіантів розрахункової схеми. У першому з них диск розглядається із урахуванням замкових з’єднань хвостовиків лопаток, які контактують із зубцями диска. Вони моделюються шаром із ортотропними властивостями матеріалу. Для другого варіанта розрахункової схеми замкові з’єднання не включалися до моделі, а навантаження прикладалося до обода диска. При цьому бралося до уваги навантаження відцентрових сил від замкового з’єднання. Установлено, що ступиця диска більш напружена, ніж обід. Характер руйнування диска ГТД зі сторони ступиці і обода різний, що пояснюється зміною окружних напружень у напрямку глибини тріщини. Зрушення тріщини під час руйнування диска в ободі відбувається в радіальному напрямку, а у ступиці – в осьовому. Результати проведених досліджень дозволять підвищити строк надійної експлуатації літальних апаратів, зменшити витрати і час їх розробки, а також cприятимуть підвищенню безпеки при виконанні цивільних і бойових завдань. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2026-01-28 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/350908 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 28 No. 4 (2025); 26-33 Проблемы машиностроения; Том 28 № 4 (2025); 26-33 Проблеми машинобудування; Том 28 № 4 (2025); 26-33 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/350908/337923 https://journals.uran.ua/jme/article/view/350908/337924 Copyright (c) 2026 П. П. Гонтаровський, С. В. Угрімов, Н. В. Сметанкіна, Н. Г. Гармаш, І. І. Мележик, Т. В. Протасова http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |
| spellingShingle | Гонтаровський, П. П. Угрімов, С. В. Сметанкіна, Н. В. Гармаш, Н. Г. Мележик, І. І. Протасова, Т. В. Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis |
| title | Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis |
| title_alt | Оцінка міцності диска вентилятора газотурбінного двигуна на основі аналізу його тріщиностійкості Оцінка міцності диска вентилятора газотурбінного двигуна на основі аналізу його тріщиностійкості |
| title_full | Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis |
| title_fullStr | Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis |
| title_full_unstemmed | Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis |
| title_short | Strength Assessment of the Gas Turbine Engine Fan Disk Based on Its Fracture Toughness Analysis |
| title_sort | strength assessment of the gas turbine engine fan disk based on its fracture toughness analysis |
| url | https://journals.uran.ua/jme/article/view/350908 |
| work_keys_str_mv | AT gontarovsʹkijpp strengthassessmentofthegasturbineenginefandiskbasedonitsfracturetoughnessanalysis AT ugrímovsv strengthassessmentofthegasturbineenginefandiskbasedonitsfracturetoughnessanalysis AT smetankínanv strengthassessmentofthegasturbineenginefandiskbasedonitsfracturetoughnessanalysis AT garmašng strengthassessmentofthegasturbineenginefandiskbasedonitsfracturetoughnessanalysis AT meležikíí strengthassessmentofthegasturbineenginefandiskbasedonitsfracturetoughnessanalysis AT protasovatv strengthassessmentofthegasturbineenginefandiskbasedonitsfracturetoughnessanalysis AT gontarovsʹkijpp ocínkamícnostídiskaventilâtoragazoturbínnogodvigunanaosnovíanalízujogotríŝinostíjkostí AT ugrímovsv ocínkamícnostídiskaventilâtoragazoturbínnogodvigunanaosnovíanalízujogotríŝinostíjkostí AT smetankínanv ocínkamícnostídiskaventilâtoragazoturbínnogodvigunanaosnovíanalízujogotríŝinostíjkostí AT garmašng ocínkamícnostídiskaventilâtoragazoturbínnogodvigunanaosnovíanalízujogotríŝinostíjkostí AT meležikíí ocínkamícnostídiskaventilâtoragazoturbínnogodvigunanaosnovíanalízujogotríŝinostíjkostí AT protasovatv ocínkamícnostídiskaventilâtoragazoturbínnogodvigunanaosnovíanalízujogotríŝinostíjkostí |