Способ определения долговечности образца материала с надрезом при термомеханическом воздействии

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность. Цель изобретения - повышение точности для образцов, компактных на внецентренное растяжение, плоских образцов с боковым надрезом и цилиндрических с круговым надрезом. В образце измеряют длину трещины за определенные интервалы времени и определяют скорость ее роста. Измеряют линейный размер образца в направлении трещины, задают критическое значение скорости роста трещины и определяют долговечность с учетом зависимости скорости роста трещины от значений где К - коэффициент интенсивности напряжений; Н - линейный размер образца в направлении трещины. 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность. Цель изобретения повышение точности для образцов, компактных на внецентренное растяжение, плоских образцов с боковым надрезом и цилиндрических с круговым надрезом. На чертеже представлена зависимость скорости роста трещины от параметра. Способ осуществляется следующим образом. В типовых образцах различной конфигурации, например плоских, циклических, выполненных с надрезом, при рабочей температуре измеряют длины трещин в процессе нагружения образцов переменной циклической и постоянной нагрузками, а также измеряют линейные размеры образцов в направлении надреза; определяют с учетом полученных измерений линейных размеров образцов в направлении надреза значения коэффициента интенсивности напряжений в указанных образцах; по результатам измерений определяют зависимость текущей скорости роста трещин в образцах различной конфигурации от значения коэффициента интенсивности напряжений в указанных образцах; задают для конкретной детали критическое значение скорости роста трещин, исходя из заданного ее критического значения, определяют максимально допустимое значение коэффициента интенсивности напряжений в образцах; определяют долговечность детали с учетом зависимости скорости роста трещин из условия достижения текущим значением коэффициента интенсивности напряжений в детали, соответствующим текущему значению указанной скорости полученного ранее для образцов максимально допустимого значения коэффициента, соответствующего критическому значению скорости. В соответствии с предлагаемым способом произведена оценка долговечности корпуса ЦВД турбины К-200-130 с дефектом-трещиной, расположенной на внутренней поверхности корпуса ЦВД в зоне паза под регулирующую ступень. Отношение глубины а трещины к ее длине 2с составляет 0,1. Из опыта эксплуатации паровых турбин установлено, что рост трещины происходит под влиянием циклически действующих термических напряжений. Имеют место два типа циклов: толчок-нагружение, сброс-восстановление нагрузки. Предполагается, что турбина работает 6000 ч в год, имеет N₁ 20 пусков и N₂ 460 сбросов нагрузки в год. Проведены испытания плоских образцов с двумя надрезами, плоских с одним надрезом и циклических с одним надрезом по определению скорости роста трещин от нормированного значения коэффициента интенсивности напряжений. В указанном случае зависимость скорости роста трещин в образцах различной конфигурации , (1) где l текущее значение длины трещины в образце; N число циклов нагружения в образцах; H линейный размер образца в направлении трещины; постоянные материала детали, полученные по результатам испытаний. При этом m 4,5; ΔK^*₁ 100 МПа; V^* 3·10^-3 мм/цикл. По зависимости (1) определена долговечность детали при значениях ΔΚ₁ и Н детали, где Н толщина стенки корпуса. Значения K₁ для корпуса цилиндра определялись как и в известном способе при режимах толчок-нагружение, сброс-восстановление нагрузки по известной зависимости , где σ_В напряжение на внутренней поверхности стенки корпуса; σ_A напряжение в точке А, соответствующей вершине трещины;
H 150 мм. Исходя из опыта ПО ЛМЗ, установлено, что распределение напряжений по сечению стенки корпуса является линейным. Значения напряжений σ_Н и σ_В\ на наружной и внутренней поверхностях стенки известны. Напряжения в точке А определялись как
,
где σ_Н напряжения на наружной поверхности стенки корпуса. Долговечность детали определялась. Критическое значение скорости, исходя из опыта эксплуатации паровых турбин, принималось равным V_кр 1 мм/год. При этом долговечность корпуса цилиндра высокого давления турбины К-200-130, определенная согласно предлагаемому способу, при заданном режиме работы турбины (20 пусках и 460 сбросах нагрузки, заданных типовыми условиями эксплуатации) при начальной глубине дефекта a_o 0,1Н составляет 40 лет.

Формула изобретения

Способ определения долговечности образца материала с надрезом при термомеханическом воздействии, заключающийся в том, что создают в образце циклические механические нагрузки и рабочую температуру, в процессе испытаний определяют скорость роста трещины и линейный размер H образца в направлении надреза и определяют долговечность образца с учетом скорости роста трещины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности для образцов, компактных на внецентренное растяжение, плоских образцов с боковым надрезом и цилиндрических с круговым надрезом за счет учета перераспределения напряжений в процессе роста трещины, получают зависимость скорости роста трещины от отношения

где K коэффициент интенсивности напряжений;
H линейный размер образца в направлении надреза,
и с учетом этого отношения и заданной величины критической скорости роста трещины определяют долговечность.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---