Рентгеноструктурный анализ остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей компрессоров Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

(Решетневскце чтения

A. M. Kharkov, S. S. Aplesnin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE DIELECTRIC PERMITTIVITY OF SOLID SOLUTIONS YbxMn1-xS, (x = 0.1, x = 0.2)

A study of dielectric properties of solid solutions YbxMn1-xS in the temperature range 80 К < T < 400 К for compositions x = 0.1; x = 0.2, at two frequencies f = 1 kHz, 100 kHz.

© Харьков А. М., Аплеснин С. С., 2012

УДК 539.261

Н. А. Яблокова, В. В. Трофимов Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Россия, Санкт-Петербург

И. Краус

Чешский технический университе, Чехия, Прага

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ДЕТАЛЕЙ КОМПРЕССОРОВ

Результаты рентгеновского измерения остаточных напряжений на поверхности компрессора компоненты представлены в статье.

Рабочие лопатки и диски компрессоров в значительной степени определяют прочность и надежность двигателя в эксплуатации. На конструктивную прочность лопаток и дисков существенно влияют концентраторы напряжений, цикличность изменения режима нагружения, технология изготовления и другие факторы. Разрушение замковых соединений может происходить по хвостовику лопатки и межпазовым выступам диска.

Целью исследования является оценка «предде-фектного» состояния дисков компрессоров низкого давления (КНД) из сплава ВТ3-1 на основе анализа напряженного состояния дисков с различной наработкой в зонах концентраторов напряжений.

На диске 1 с наработкой в эксплуатации 12 000 ч (5 800 циклов) выявлен дефект в правом радиусе паза близко к заднему торцу обода диска длиной 5 мм. После ресурсных испытаний диска 1 320 циклов на установке УИР размеры дефекта составили 9 мм вдоль радиуса паза 1 с выходом на торец обода диска. На диске 2 с наработкой в эксплуатации 15 000 ч (5 300 циклов) и после ресурсных испытаний (2 000 циклов) дефектов не выявлено.

Остаточные напряжения (ОН) определяли на торцах обода дисков неразрушающим рентгеноструктур-ным методом sin2 Y с помощью рентгеновского ана-лизатора XSTRESS 3000G3 с y - модифицированным

гониометром с использованием излучения Ti - Ка. Технологические параметры рентгеносъемки: фаза a-Ti, отражающая плоскость дифракции (11.0), угол Вульфа-Брегга 20(110) = 139° , рентгеновская постоянная упругости Е/(1 + v) = 83 ГПа, 5 углов наклона

±у в диапазоне углов ±40°, осцилляции Ау = ±4°.

Погрешность измерения ОН Астф составляет ±18

МПа. Расчет остаточных напряжений проводили по формуле

E

1 + v' d,

1

ddm

cos2 b sin2 y

где р = (п ± 20ц.0)/2; d90(dw) - межплоскостное расстояние для отражающей плоскости (11.0) фазы а - Ti для углов наклона y = 0°(y = 40°). dj0 определяли методом линейной экстраполяции функции d = f (sin2 y) при sin2y = 0.

Схема измерения ОН на переднем торце обода диска с правой и левой сторон паза показана на рис. 1, а. Точки измерения ОН на торцах обода диска расположены симметрично.

После эксплуатации и ресурсных испытаний образование и распространение дефекта на диске 1 происходит вдоль правого радиуса паза в сторону заднего торца обода диска (рис. 1, б).

Графики распределения ОН на заднем (выход диска) и переднем торцах (вход диска) обода диска 1 с правой и левой сторон паза после эксплуатации диска в составе двигателя и испытаний на установке УИР изображены на рис. 2. После ресурсных испытаний диска 1 происходит перераспределение ОН на торцах обода диска. Величина ОН сжатия на переднем торце обода диска после УИР уменьшается, а на заднем торце обода диска - увеличивается. На стадии «пред-разрушения» диска характерно локализованное скачкообразное изменение ОН на заднем торце обода в зонах концентраторов напряжений (рис. 2, а).

а

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

Рис. 1. Схема измерения ОН (а) и зона дефекта (б) на диске КНД

Выходдиска номер паза

0 5 10 15 20 25 30 35

Л

и

-200 .л /'•■■. V-. . /•■.

-300 ЛУ " »/••• \ /

-100

-200 -300 ■V, /

400 //

-500

600

700

■до УИР ---после УИР

Выход диска

номер паза

0 5 10 15 20 25 30 35

^ -100 И -200

^ -300 -400 -500 -600 -700

•до УИР ---после УИР

0

Л -100

И

£ -200

& -300 Ь

-400 -500 -600 -700

Вход диска

10 15 20

25

номер паза

30 35

—■—¡г—1—1—г—

А„ /<\ Д А Л А

\ : * " '• '• : : : ' \ ; ::

■до УИР ---после УИР

Вход диска номер паза

0 5 10 15 20 25 30 35

0 ^-100 ^-200 е- Ь -300 (1 /1 Я , •• Л Л 4 м.. - : ' V* А »

-400 Ч*

-500

-600 .........доУИР

-700

0

0

б

а

0

5

Рис. 2. Изменение ОН Стф на торцах обода диска 1 со стороны правого (а, в) и левого (б, г) радиусов паза

На дисках 1 и 2 определен одинаковый характер обода стп с правой и левой сторон паза

изменения ОН на торцах обода в зависимости от на- 1 31

работки. Ку =—^ (ст3/ стп). На диске 1 до испытания на ус-

Предложен критерий оценки «преддефектного» 31 ¿=1

состояния ршоттаьк дисков через параметр напря- тановке УИР параметр Ку = 1,2, после испытания на

жений К,,. Параметр К,, равен отношению величин —

4 4 УИР - Ку = 1,6. ОН в дисках КНД на заднем ст3 и переднем торцах

в

г

Решетневские чтения

номер паза

I I I I I I I I I I I I I I I

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

■ УИР_2000 циклов преддефефектное состояние

111111М11111

11111М1

номер паза

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

10,00 8,00 6,00

й

' 4,00 2,00

1УИР_320_циклов преддефектное состояние

0,00

к i АЛ

номер паза

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Рис. 3. Изменение параметра Ку на задних торцах обода дисков КНД: а - диск 2: Ку = 1,0; б - диск 2: Ку = 1,4; в - диск 1: Ку = 1,5; г - диск 1: Ку = 2,1

На диске 2 до испытания на установке УИР параметр Ку составил 0,8, после испытания на УИР - 1,2. Установлено, что на стадии «преддефектного» состояния материала диска КНД параметр напряжений

составляет 1,2 < Ку < 1,6 .

Распределение параметра Ку на задних торцах обода дисков 1 и 2 с правой стороны паза. Из рис. 2 и 3 видно, что величина ОН сжатия и параметра К на заднем торце обода, в зоне концентраторов напряжений, увеличивается с увеличением наработки и степени повреждения материала диска. Изменение величины Ку происходит быстрее на дефектном диске 1, чем на диске 2. Скачкообразное изменение величины ОН на торцах обода дисков вызвано значительными деформациями диска, причем область пластических деформаций увеличивается с увеличением повреждения диска. Иногда, напряжения, вычисленные в предположении, что диск находится в упругом состоянии, оказывается на некоторых участках больше, чем предел текучести материала диска.

На наиболее нагруженных областях обода диска, где действуют рабочие напряжения сжатия, измерены напряжения сжатия, которые увеличиваются в процессе наработки (рис. 2). Это показывает, что на таких

участках возникают пластические деформации, а действительные напряжения меньше расчетных. Уточнение действительных напряжений должно касаться не только перенапряженных участков обода диска, но и всех остальных, так как возникновение пластических деформаций на одном участке приводит к перераспределению напряжений во всем диске, что наблюдается на экспериментальных графиках, представленных на рис. 2 и 3. Учитывая, что воздействие на диск КНД огромных радиальных инерционных и осевых сил создают изгиб диска, а особые условия работы диска возникающие вследствие вибраций приводят к возникновению дополнительных динамических напряжений, которые с течением времени могут привести к появлению трещин, расчетные методы оценки сложного напряженно-деформированного состояния диска с учетом многих факторов нуждаются в верификации.

Таким образом, предлагаемый экспериментальный параметр Ку может косвенно характеризовать величину деформаций при различных условиях на-гружения дисков КНД в эксплуатации и проводить экспресс-анализ «преддефектного» состояния материала дисков ремонтных КНД неразрушаюшим способом.

б

а

в

г

HanoMamepuaxbi u Hanomexnoxoguu b aspoKocMuuecKou ompacxu

N. A. Yablokova, V. V. Trofimov Saint Petersburg State Polytechnical University, Russia, Saint-Petersburg

I. Kraus

Czech Technical University in Prague, Czech Republic, Prague

X-RAY RESIDUAL STRESS MEASUREMENT IN SURFACE LAYERS OF COMPRESSOR COMPONENTS

The results of X-ray residual stress measurements on the surface of compressor components are presented in the article.

© .36ji0K0Ba H. A., TPO^HMOB B. B., Kpayc H., 2012