Экспериментальное исследование прочности ГТД. Определения. Оценка статической прочности. Оценка динамической прочности

Эксперимент – система операций, воздействий и наблюдений, направленная на получение информации об исследуемом объекте. Каждый из которых воспроизводит наблюдение в определенных, при этом обеспечивается возможность регистрации результатов.

План эксперимента – совокупность данных, определяющих число и порядок проведения экспериментов.

Фактор – переменная величина, предположительно влияющая на результаты эксперимента.

Отклик – наблюдаемая случайная переменная, зависящая от факторов.

Эксперимент заключается в том, чтобы изменяя значение факторов, переводить исследуемый объект из одного состояния в другое и по изменению отклика устанавливать закономерности работы объекта.

При подготовке и планировании эксперимента выполняется анализ информации об объекте. На основании этой информации определяются общие условия эксплуатации элемента, выбор факторов, влияние которых на объект будет исследоваться, определение предела возможного изменения этих факторов.

Пример: диск ТВД.

Информация: материал, рабочий диапазон температур, рабочая частота вращения, геометрическая модель.

Исследуемые факторы: напряжения, остаточные деформации.

Независимо от того, что представляют собой факторы как физические величины, они должны удовлетворять следующим требованиям, необходимым для качественного проведения эксперимента:

Факторы должны быть управляемыми, независимыми.

Точность и надежность измерения фактора должна быть возможно более высокой, а все их комбинации должны быть осуществимыми и безопасными.

Оценка статической прочности ГТД.

1. Испытывается двигатель целиком с поэтапным повышением параметров до отказа или неудовлетворительных параметров запаса прочности по отношению к эксплуатационным параметрам.

2. Испытываются отдельные модули двигателя на специальных стендах.

а) Разгонные испытания вентиляторов, компрессоров и турбин. Определяются запасы статической прочности ротора и лопаток по частоте вращения.

б) Разгонные испытания отдельных дисков вместе с лопатками.

в) Испытание валов крутящим моментом для определения запаса прочности.

г) Испытания корпусов двигателя внутренним давлением и осевыми силами.

д) Испытание элементов подвески двигателя на двигателе-имитаторе или отдельных узлов подвески.

е) Испытания прочих элементов конструкции (слабость звеньев, стойкость корпусов на пробив лопатками).

Оценка динамической прочности ГТД.

Традиционная методология обоснования ресурса двигателя (стратегия №1) предполагает передачу двигателя в эксплуатацию с небольшим начальным ресурсом и последующее подтверждение ресурса на основе летных испытаний и испытания полноразмерного двигателя на стенде.

Экономически невыгодный длительный метод был единственным до недавнего времени ввиду отсутствия точных методов расчета напряжений, деформаций и теплового состояния деталей двигателя. С появлением более точных методов расчета бала разработана стратегия управления ресурсом №2. Данная методика не требует испытаний полноразмерного двигателя, ресурс определяется ресурсом деталей двигателя, эксплуатация осуществляется по техническому состоянию (конструкция двигателя обеспечивает возможность и требуемый объем контроля технического состояния и выявления дефектов).

Основная деталь – та, разрушение которой может привести к нелокализованному повреждению двигателя и воздушного судна. Ресурс основной детали восстанавливается и увеличивается по результатам испытаний на специальных стендах узловой доводки вне двигателя. При этом воспроизводятся условия работы детали.

25. Эквивалентно-циклические испытания. Испытания лопаток, замковых соединений, ободов дисков. Способы измерения деформаций. Стратегии управления ресурсом.

Основным фактором для дисков является малоцикловая усталость из-за центробежных напряжений, изменяемых в течение полетного цикла. Участки полетного цикла без изменения частоты вращения не учитываются, т.к. не сказываются на ресурсе. Имитируются участки меняющихся напряжений.

Подбирается испытательный цикл по частоте вращения, температуре и другим параметрам так, чтобы повреждаемость детали от малоцикловой усталости была аналогична полетному циклу. Степень подобия условий нагружения на установке оценивается по величине повреждаемости. Коэффициент соответствия: . Повреждаемость определяется расчетами напряжений. На основании определяется длительность испытаний с учетом требуемого коэффициента запаса для подтверждения и назначения ресурса.

ЭЦИ валов. Валы нагружают моментом и изгибающей силой.

ЭЦИ корпусов и элементов подвески двигателя.

Усталостные испытания лопаток.

1) Закрепление лопатки соответствует закреплению при работе.

2) Тарировка – установление связи между величиной деформации и возникающими напряжениями (перемещениями).

3) Испытания профиля.

Способы динамического возбуждения: вибростенд, пульсирующий поток.

4) Испытания замка лопатки. Фактор – феттинг-коррозия из-за микроперемещений контактных плоскостей диска и замка. Повреждается защитный слой на поверхности и ускоряется коррозия.

P1 – высокочастотная нагрузка, P2 – низкочастотная (малоцикловая усталость).

Испытания ободных частей дисков.

Способы измерения деформации и перемещений.

1) С помощью тензорезисторов, сопротивление которых изменяется в зависимости от длины. Перед измерением проводят тарировку датчиков. Один из партии тензорезисторов устанавливается на балку известного сечения и длины. В точке установки датчика теоретически известны напряжения и деформации. Затем строится функция тензодатчика.

2) Оптические измерения с перемещением точек на поверхности детали: а) с помощью меток или сеток на поверхности и оптических микроскопов; б) лазерная интерферометрия.

Третья стратегия управления ресурсом.

Установление и назначение ресурса деталям двигателя выполняется расчетным путем. Обязательным условием применения данной методики является экспериментальное исследование прочности материала на образцах, что позволяет учитывать статистическое рассеяние данных параметров.

26.