ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАЛОСТНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННЫХ ГТД ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ ДВУХЧАСТОТНОМ НАГРУЖЕНИИ
Аннотация
Обсуждается проблема оценки ресурсных характеристик ответственных инженерных объектов с учетом особенностей эксплуатационных режимов нагружения. Рассматриваются процессы усталостной долговечности поликристаллических конструкционных сплавов при циклическом двухчастотном нагружении (при совместном действии механизмов мало- и многоцикловой усталости).
С современных позиций механики поврежденной среды и механики разрушения развита математическая модель, описывающая процессы циклического упругопластического деформирования и накопления усталостных повреждений в конструкционных сплавах при многоосных непропорциональных режимах комбинированного термомеханического нагружения. Модель состоит из трех взаимосвязанных частей: соотношений, определяющих циклическое упругопластическое поведение материала с учетом зависимости от процесса разрушения; эволюционных уравнений, описывающих кинетику накопления усталостных повреждений; критерия прочности поврежденного материала.
Вариант определяющих соотношений упругопластичности основан на представлении о поверхности текучести и принципе градиентальности вектора скорости пластических деформаций к поверхности текучести в точке нагружения; он отражает основные эффекты циклического упругопластического деформирования материала для произвольных сложных траекторий нагружения.
Вариант кинетических уравнений накопления усталостных повреждений основан на введении скалярного параметра поврежденности, базируется на энергетических принципах и учитывает основные эффекты образования, роста и слияния микродефектов при произвольных сложных режимах циклического нагружения. Предложена совместная форма эволюционного уравнения накопления усталостных повреждений в областях мало- и многоцикловой усталости.
В качестве критерия прочности поврежденного материала используется условие достижения величиной поврежденности критического значения.
Представлены результаты численного моделирования усталостной долговечности компактного образца (модели дефлектора диска турбины высокого давления авиационного газотурбинного двигателя) при циклическом двухчастотном нагружении. Результаты сопоставления расчетных и экспериментальных данных показали, что предложенная модель механики поврежденной среды качественно и с необходимой для практических расчетов точностью количественно описывает усталостную долговечность элементов конструкций при циклическом двухчастотном нагружении.
