Напряжение, соответствующее периоду МЦУ, определено по-разному везде в литературе. По поводу количества циклов, которое является ниже области, которую мы классифицируем как МЦУ, вообще использован термин “сила усталости”. Он лучше всего определен как напряжение, которое вызывает отказ на определенном цикле, обычно в режиме НЦУ. Он иногда используется для более высокого числа циклов. Мы предпочитаем терминологию предел усталости или напряжение предела усталости (или силы), указывая на напряжение, вызывающее отказ при фиксированном (большом) числе циклов, как правило, 106 или 107. Подразумевается, что это - не совсем предел выносливости из-за поведения того или иного материала (негоризонтальная кривая S–N), или из-за ограниченности того или иного теста ожидаемого числа циклов использования. Более свежая работа в области, названной гигацикл усталости, расширяет обычное тестирование и характеристику материала до режима, охватывающего 109 циклов. Эта тема затронута в Главе 2. Термин «предел усталости», поэтому, сохранен для случая “бесконечной жизни,” обращаясь к уровню напряжения, на котором материал никогда не будет изнуряться. Так как такие эксперименты никогда не проводятся, это - техническое приближение к пределу усталости, и оба термина обычно используются попеременно. Таким образом, термин «предел усталости» может использоваться для случаев, когда ожидаемое число циклов в службе не превышает число циклов, примененных в лабораторном тестировании.
1.4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ МЦУ
Многоцикловая усталость была идентифицирована как основная причина многих отказов в механизмах ВВС США в 1990-х. В то время, как количество отказов с тех пор было сокращено, они не были устранены. Отказ из-за МЦУ не уникален для механизмов ВВС США, но, скорее был связан с коммерческими связями в этой стране так же, как за границей. Беспокойство отказов из-за МЦУ вынудило Воздушные силы созвать команду правительства
и экспертов по промышленности, чтобы определить первопричину этих отказов и рассмотреть весь процесс проектирования для учета МЦУ, чтобы идентифицировать потенциальные слабые места. В то же самое время, несколько независимых команд, включающих экспертов от правительства и академии, оценивали причины отдельных отказов МЦУ.
Объединенные результаты этих команд сосредоточились вокруг многих аспектов проектирования, «полевого» использования, материалов и их характеристик. В частности, использование диаграммы Гудмана* в процессе проектирования было выражено в значительной степени. Из-за числа и типа отказов в итоге пришли к заключению, что процесс проектирования ошибочен, и что использование диаграммы Гудмана должно было быть изменено или заменено более здравым и нарушающим привычную методологию проектирования.
Эти заключения далее усиливались результатами отдельных исследований двумя командами Научного Консультационного совета (НКС) ВВС. В 1992 команда НКС, оценивающая отказы в титановых элементах турбинных механизмов, рекомендовала, чтобы Воздушные силы расширили свой СМПСЦ, чтобы расширить применение механики перелома к структурным проблемам, возникающим из МЦУ. Далее они рекомендовали, чтобы Воздушные силы начали обширную программу исследований, чтобы повысить понимание МЦУ в газотурбинных двигателях, потому что они чувствовали, что это было важно, чтобы уменьшить частоту штатных отказов. В 1995 году другая команда НКС, рассматривающая процесс проектирования и отказы в двигательных установках, обнаружила, что, хотя основная технология работы не обеспечивает краткосрочных решений текущих полевых проблем, были определены критические вопросы, на которые нужно было ответить прежде, чем иметь дело с МЦУ. Большинство этих вопросов сосредоточилось вокруг способности диаграммы Гудмана объяснить штатное повреждение и способность использовать устойчивость к повреждениям в расчете МЦУ. Среди прочих компонентов программы эта команда решительно одобрила развитие методов прогнозирования для НЦУ титановых деталей с убеждением, что они должны быть включены в любую рациональную программу НЦУ.
По этой причине, Воздушные силы, приверженные развитию подхода устойчивости повреждения при проектировании МЦУ, хотя понятие повреждение является более широким, чем изучаемое разрушение, и используются обычные принципы и подходы механики перелома, допускали возможность, что это не окончательный применяемый подход. Ситуация с МЦУ аналогична, в некоторой степени, сценарию в 1960-х годов, когда происходили структурные отказы в самолете ВВС США, и в 1970-х, когда отказы НЦУ были слишком распространены в турбинных элементах механизма ВВС США, чтобы быть приемлемыми. Оба из этих сценариев привели к развитию и адаптации методики проектирования устойчивости для корпуса и элементов механизма, которые теперь нуждаются, через ВВС США Структурная Программа Целостности Самолета (СПЦС), в общих технических требования и технические требования СМПСЦ, соответственно. В обоих случаях, проект основан на предположении о существовании дефектов, и объединении способности вычислить остающуюся жизнь и зафиксировать дефект.
∗ диаграмму Хозяина нужно правильно назвать диаграммой Haigh. Это будет объяснено в следующей главе. Пока, эта глава будет использовать (неправильно используют) “Терминологию” диаграммы хозяина.
Применим ли такой подход к МЦУ из-за долгой инициализации и распространению малых разрушений от действия МЦУ остается неопределенным, но очень сомнительным (см. Главу 2). Тем не менее, подход, который является усовершенствованием существующего использования диаграмм Гудмана, был необходим. Применимость нового подхода для проекта МЦУ к другим отраслям промышленности, имеющим дело с вращающейся машиной и проблемами вибрации очень долгих жизней (большого количества циклов), очевидна.
1.5. ПЕРВОПРИЧИНЫ HCF
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.