Вопрос 2. «Термоусталость »

Термоусталостью называют явление разрушения детали вследствие повторных температурных циклов нагрева – охлаждения в условиях стеснённойдеформации: (слайд: повреждения сопловой лопатки).

Процесс термоусталостного разрушения рассмотрим на модели трехстерж-невой системы (рис. на доске), состоящей из среднего стержня 1 и двух боковых стержней 2, соединённых между собой абсолютно жёсткими траверсами 3. Поперечное сечение стержней 2 значительно больше поперечного сечения стержня 1.

В начальном состоянии система смонтирована при температуре Т_а без внутренних напряжений. Стержни 1 и 2 системы подвергаются повторным чередующимся нагревам и охлаждениям между температурами Т_а и Т_с. Вследствие большой тепловой инерции стержней 2 по сравнению со стержнем 1 прогрев системы происходит неравномерно: стержень 1 прогревается и охлаждается значительно быстрее, чем стержни 2. Изобразить на доске рисунок изменения деформаций и напряжений в трёхстержневой системе.

Деформация температурная тонкого стержня 1: ;

Деформация температурная толстых стержней 2: ;

В стержнях 2 напряжения малы вследствие больших поперечных сечений. Считаем, что полная деформация стержней 2 (а следовательно, и стержня 1, так как полные деформации всех стержней одинаковы) равна температурной деформации стержней 2, т.е.

.

Силовая деформация тонкого стержня равна разности полной деформации и температурной деформации тонкого стержня т.е.

.

В трёхстержневой системе силовая деформация в тонком стержне равна разности температурных деформаций боковых и среднего стержней и определяется законами изменения температур стержней Т₁(t) и Т₂(t).

На рис. заштрихованная эпюра представляет собой закон изменения силовой деформации тонкого стержня за цикл изменения температуры стержней Т_а↔Т_с. На рисунке приведен соответствующий закон изменения напряжений в тонком стержне.

Рассмотрим процесс циклического деформирования без учёта и с учётом ползучести материала. При нагреве (первый полуцикл) системы стержень 1 прогревается быстрее стержней 2. В стержне 1 возникают сжимающие напря-жения и пластические деформации. Этому процессу соответствует линия АВ диаграммы деформирования.

В точке В деформация достигает максимального по величине (отрицатель-ного) значения ε₁. Затем происходит упругая разгрузка и пластическое деформирование обратного знака (линия ВС). В точке С система приобретает максимальную температуру Т_с. Если ползучесть отсутствует, то пребывание системы в нагретом состоянии не приведёт к изменениям в напряжённом или деформированном состоянии.

Рис. 1 Изменение деформаций и напряжений в трёхстержневой системе:

а – изменение деформации; б – изменение напряжения;

I – нагрев; II – стационарный режим; III – охлаждение.

В результате первого полуцикла за период нагрева в тонком стержне проис-ходит знакопеременное пластическое деформирование: вначале на величину ε₁^р (сжатие), затем на величину ε₂^р (растяжение).

Во втором полуцикле (при охлаждении системы) происходит деформи-рование тонкого стержня по линии СDЕ со знакопеременным пластическим деформированием величиной ε₃^р на растяжение и величиной ε₄^р на сжатие. При втором и последующих циклах процесс деформирования происходит по замкнутому контуру Е-В-С-D-Е с размахом силовых деформаций Δε = ε₂- ε₁ и

размахом пластических деформаций Δε^р.

Во втором случае, когда при температуре Т_с осуществляется выдержка и материал обнаруживает ползучесть, напряжения в тонком стержне релаксируют (линия СF). При охлаждении процесс идёт по линии FDЕ.. Все последующие циклы соответствуют петле ЕВСFDЕ. За каждый цикл материал тонкого стержня

претерпевает знакопеременную пластическую деформацию Δε^р на сжатие и

Δε^р – Δσ/Е на растяжение.

Процесс деформирования тонкого стержня в данной модели является типичным для материала деталей турбомашины, подвергающейся термоцикли-ческим воздействиям. Качественно рассмотренная трёхстержневая система явля-ется моделью сопловой лопатки турбомашины, подвергающейся циклу: пуск –

- стационарный режим – остановка. В этой модели тонкий стержень имитирует кромки лопатки, а толстые стержни – среднюю часть лопатки.

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 337; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!