Оценка влияния условий текучести J2–J3 на напряженное состояние трубчатых образцов для подтверждения статической прочности валов газотурбинных двигателей

При проектировании валов газотурбинных двигателей важно правильно определять напряженно-деформированное состояние с учетом действия комплекса сил и моментов и особенностей поведения материала при сложном нагружении. Принятое условие текучести может оказывать влияние на результаты расчета напряженно-деформированного состояния детали в случае чувствительности материала детали к виду напряженного состояния. Интерес представляет разработка методики выбора условия текучести, а также оценка степени его влияния на результаты расчетов. Требования выпуклости и симметрии, предъявляемые к условиям текучести металлических поликристаллических сплавов, вместе с гипотезой об упругом изменении объема позволяют рассматривать ограниченный набор условий текучести, заключенных между шестигранными призмами Треска и Ишлинского — Хилла в пространстве главных напряжений — условия текучести J2–J3. Проанализированы известные варианты таких условий. На примере сплава В95 продемонстрирована работа алгоритма выбора условия и оценки его параметров по результатам испытаний трубчатых образцов на растяжение и кручение. Проведено моделирование испытаний трубчатых образцов в условиях последовательного растяжения и кручения с использованием различных условий текучести. Анализ результатов расчетов показал, что выбор условия текучести оказывает значительное влияние на эквивалентные напряжения и параметры вида напряженного состояния при кручении после предварительного растяжения.
EDN: BTBQLX, https://elibrary/btbqlx

Литература

[1] Громов В.И., Якушева Н.А., Востриков А.В. и др. Высокопрочные конструкционные стали для валов газотурбинных двигателей (обзор). Авиационные материалы и технологии, 2021, № 1, с. 3–12, doi: https://doi.org/10.18577/2713-0193-2021-0-1-3-12

[2] Кузьмин Е.П., Серветник А.Н. Исследование поверхности нагружения материалов дисков газотурбинных двигателей при разгонных испытаниях модельных дисков. Наука и образование: научное издание, 2014, № 5. EDN: SKCZKJ

[3] Серветник А.Н. Моделирование несущей способности диска турбины АГТД. Справочник. Инженерный журнал, 2012, № 10, с. 44–49.

[4] Nozhnitsky Y.A., Servetnik A.N. Prevention of hazardous failure of the turbine rotor due to its overspeed. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2018, vol. 449, pp. 12–25, doi: http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/449/1/012025

[5] Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Москва, Машиностроение, 1975. 399 с.

[6] Hosford W.F. Generalized isotropic yield criterion. J. Appl. Mech., 1972, vol. 39, no. 2, pp. 607–609, doi: https://doi.org/10.1115/1.3422732

[7] Drucker D.C. Relation of experiments to mathematical theories of plasticity. J. Appl. Mech., 1949, vol. 16, no. 4, pp. 349–357, doi: https://doi.org/10.1115/1.4010009

[8] Revil-Baudard B., Cazacu O., Chandola N. Effect of the yield stresses in uniaxial tension and pure shear on the size of the plastic zone near a crack. Int. J. Plast., 2018, vol. 102, pp. 101–117, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2017.12.006

[9] Karafillis A.P., Boyce M.C. A general anisotropic yield criterion using bounds and a transformation weighting tensor. J. Mech. Phys. Solids, 1993, vol. 42, no. 12, pp. 1859–1886, doi: https://doi.org/10.1016/0022-5096(93)90073-O

[10] Owen D.J.R., Hinton E. Finite elements in plasticity: theory and practice. Prineridge Press, 1980. 594 p.

[11] Худякова А.Д., Курышев И.М., Сапронов Д.В. Пользовательская модель пластического течения с изотропным упрочнением и поверхностью нагружения Хосфорда («Hosford UserMat»). Свид. о рег. прог. для ЭВМ № 2024660541 от 07.05.2024.

[12] Худякова А.Д., Сапронов Д.В., Курышев И.М. Адаптация алгоритма возврата на поверхность нагружения к условию текучести Хосфорда. Авиационные двигатели, 2024, № 4, с. 93–106.

[13] Зубчанинов В.Г., Гультяев В.И., Алексеев А.А. и др. Проверка постулата изотропии при деформировании сплава В95 по двухзвенным ломаным траекториям. Вестник Московского университета. Сер. 1. Математика. Механика, 2023, № 5, с. 47–52, doi: https://doi.org/10.55959/MSU0579-9368-1-64-5-7

[14] Ильюшин А.А. Механика сплошной среды, Москва, МГУ, 1990. 310 с.

[15] Бондарь В.С., Абашев Д.Р. Пластическое деформирование материалов, чувствительных к виду напряженного состояния. Вестник ПНИПУ. Механика, 2018, № 1, с. 29–39, doi: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2018.1.03