Учет остаточных напряжений при расчетах прочности элементов замковых соединений. Часть 2. Влияние остаточных напряжений на напряженно-деформированное состояние хвостовика лопатки турбины

Для увеличения ресурса основных и ответственных деталей современных газотурбинных двигателей и установок наземного применения используют упрочняющую дробеструйную обработку. В настоящее время выбор рациональных режимов дробеструйной обработки осуществляется на основе эмпирических методов. В связи с этим предложен расчетный метод оценки влияния режима дробеструйного упрочнения на напряженно-деформированное состояние элементов замковых соединений при эксплуатации. Приведены результаты расчетов напряженно-деформированного состояния и циклической долговечности хвостовика лопатки турбины. Выполнен расчет модельного рабочего колеса турбины, нагруженного неравномерным температурным полем и центробежными силами, с учетом покомпонентных эпюр остаточных напряжений, полученных способом, описанным в первой части статьи. Для формирования эпюр остаточных напряжений проведено моделирование обдува участка обрабатываемой детали дробью согласно технологическому процессу, применяемому на предприятии авиадвигателестроительной отрасли. Оценено влияние вида эпюр остаточных напряжений, рассчитанных при различных параметрах дробеструйной обработки, на напряженно-деформированное состояние и циклическую долговечность хвостовика лопатки турбины. Использование разработанного метода моделирования упрочнения позволит конструкторам выбирать наиболее благоприятную эпюру остаточных напряжений и назначать параметры режима упрочнения хвостовика лопатки исходя из условий работы рабочих колес турбин.

Литература

[1] Биргер И.А. Остаточные напряжения. Москва, Машгиз, 1963. 233 с.

[2] Малашенко И.С., Ровков В.А., Куренкова В.В., Белявин А.Ф., Федотов Д.А., Сычев В.К. Увеличение циклической долговечности монокристаллических лопаток из сплава ЖС36ВИ путем дробеструйной обработки их хвостовиков микрошариками. Современная электрометаллургия, 2011, № 3(104), с. 34–42.

[3] Захарова Т.П., Розанов М.А., Теплова С.В. Влияние условий эксплуатации на релаксацию остаточных напряжений сжатия в наклепанных пазах хвостовиков лопаток ТВД из жаропрочных монокристаллических никелевых сплавов. Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета, 2015, т. 19, № 3(69), с. 21–27.

[4] Ножницкий Ю.А., Фишгойт А.В., Ткаченко Р.И., Теплова С.В. Разработка и применение новых методов упрочнения деталей ГТД, основанных на пластическом деформировании поверхностных слоев (обзор). Вестник двигателестроения. Запорожский национальный технический университет, 2006, № 2, с. 8–16.

[5] Almen J.O., Black P.H. Residual stresses and fatigue in metals. New York, McGraw-Hill, 1963. 12 p.

[6] Куренкова В.В. Особенности микроструктуры поверхности «елочного» замка монокристальных рабочих лопаток из сплава ЖС36ВИ. Современная электрометаллургия, 2010, № 3, с. 38–46.

[7] Авиационные правила. Часть 33 (АП-33). Нормы летной годности двигателей воздушных судов. Межгосударственный авиационный комитет, 2012, 43 с.

[8] Miao H.Y., Larose S., Perron C., Lévesque M. Numerical simulation of the stress peen forming process and experimental validation. Advances in Engineering Software, 2011, vol. 42, no. 11, pp. 963–975, doi: 10.1016/j.advengsoft.2011.05.025

[9] Levers A., Prior A. Finite element analysis of shot peening. Journal of Materials Processing Technology, 1998, vol. 80–81, pp. 304–308, doi: 10.1016/S0924-0136(98)00188-5

[10] Букатый А.С., Сургутанов Н.А., Злобин А.С., Кочерова Е.Е. Применение моделирования дробеструйной обработки при прогнозировании долговечности в малоцикловой области. Десятая Всерос. науч. конф. с междунар. участием. Сб. тр., В 3 т. Т. 1. Математическое моделирование и краевые задачи, 25–27 мая 2016, Самара, Самарский государственный технический университет, c. 42–44.

[11] Gallitelli D., Boyer V., Gelineau M., Colaitis Y., Rouhaud E., Retraint D., Kubler R., Desvignes M., Barrallier L. Simulation of shot peening: From process parameters to residual stress fields in a structure. Comptes Rendus Mécanique, 2016, vol. 344, no. 4–5, pp. 355–374, doi: 10.1016/j.crme.2016.02.006

[12] Meguid S.A., Shagal G., Stranart J.C., Liew K.M., Ong L.S. Relaxation of Peening Residual Stresses Due to Cyclic Thermo-Mechanical Overload. Journal of Engineering Materials and Technology, 2005, vol. 127, no. 2, pp. 170–178, doi: 10.1115/1.1867986

[13] Meguid S.A., Maricic L.A. Finite Element Modeling of Shot Peening Residual Stress Relaxation in Turbine Disk Assemblies. Journal of Engineering Materials and Technology, 2015, vol. 137, is. 3, no. articles 031003, doi: 10.1115/1.4030066

[14] Киселёв И.А., Жуков Н.А., Васильев Б.Е., Селиванов А.Н. Учет остаточных напряжений при расчетах прочности элементов замковых соединений. Часть 1. Моделирование дробеструйной обработки. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 11, с. 49–59, doi: 10.18698/0536-1044-2018-11-49-59

[15] ANSYS help guide, version 17.2. ANSYS Inc., 2017.

[16] Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. Москва, Машиностроение, 1993. 640 с.