В начале программы Национальных Воздушных сил Многоцикловая Усталость Турбинных Механизмов приблизительно в 1995, каждому из основных производителей механизмов в Соединенных Штатах был направлен запрос о том, что, по их мнению, является первопричинами МЦУ. Их ответы были основаны как на наблюдаемых, так и на предполагаемых причинах определенных «полевых» инцидентов таких, как некоторого общего предположения о близости эксплуатационных режимов к “краю утеса” также, как областей, где данные и информация были вполне ограничены. Кроме того, правительственные инженеры суммировали эти вводы и размышляли об их собственном опыте с МЦУ как распространяющейся проблеме. Нижеследующее резюмирует первопричины МЦУ прежде, чем началась главная программа МЦУ. Многие из первопричин привели к исследованию и развитию в МЦУ, они рассматриваются в последующих главах. В то время, как представленные ниже результаты являются определенными для газовых турбинных механизмов, они, возможно, вообще применимы к любому типу вращающейся машины, где присутствуют вибрирующая и циклическая нагрузка и реакция.
МЦУ-НЦУ взаимодействия: существовало большое беспокойство о развитии обытий, при котором НЦУ могла нанести ущерб или усталостные повреждения, которые, в свою очередь, изменят способность МЦУ материала. Если размеры таких трещин были достаточно маленькими, то применимость больших разрушений механики перелома и порогов к размножению трещины при НЦУ была сомнительна. Направление разрушения и смешанный режим нагрузки, особенно для маленьких трещин и в анизотропных материалах, таких как монокристалы, были также беспокойством. Было также не ясно, могли ли быть НЦУ или МЦУ основной причиной первоклассного инициирования или существовал синергестический эффект между ними. Нагрузка в периоде МЦУ из-за НЦУ была также беспокойством.
Усталостное изнашивание: Усталостное изнашивание было испытано в слотах ласточкиного хвоста и, как полагали, было причиной нескольких инцидентов отказа МЦУ. Было мало понимания в таких областях взаимодействия, как механический контакт или трибологические эффекты, не говоря уже о любой систематической методике проектирования вне взятия некоторого эмпирического значения для силы усталости в этих областях. В то время как усталостное изнашивание было признано чрезвычайно важной проблемой, это, как ожидали, было очень сложной проблемой. Решения этой проблемы, как признавали, требовало хорошего понимания того, как взаимодействие НЦУ–МЦУ и остаточные усилия влияют на способность МЦУ, так же как и понимание того, как постоянное напряжения (нормальное, режущее, совместное и т.д.) в области контакта влияет на способность HCF.
Повреждение посторонним предметом (ППП): ППП было обычным явлением в лезвиях вентилятора и компрессора. В то время как попадание внутрь птицы был отработан опытным путем в механизмах посредством фактического тестирования попадание внутрь птицы, влияения твердых объектов, таких как песок или камни, не были отработаны в проекте за рамками введения эмпирического показателя значения концентрации напряжения, kt, чтобы составлять потенциальный дебет в силе усталости. Эмпирические правила для того, чтобы смешать повреждение или удалить элементы из службы использовались в течение очень долгого времени, но основание для этих правил было не совсем научным. Было признано обобщением механизма, что эффект вмятины на усталостной прочности был важным первым шагом к обработке ППП, но что ППП было далеко не простой проблемой вмятины из-за остаточных усилий и материального повреждения, следующего из случая ППП.
Производство/обработка повреждения: Беспокойство было выражено в том, как повреждение в форме производственных дефектов, таких как механическая обработка маркированием, включения, поры, поверхностное укрепление, или твердые альфа-частицы (в титане) образуют силу МЦУ материалов, и как они могли быть приняты во внимание на стадии проектирования. Обработка повреждения, так же как и неблагоприятные остаточные усилий, могут также ухудшить ситуацию.
Надежность порога и усталости ограничивает свойства: Одна из самых больших проблем в попытке установить методологию проекта для МЦУ была общая нехватка достаточных данных, с помощью которых можно установить способность материала, включая надежность (разброс) таких данных. Кроме того, данных в режиме высокого напряжения, как выяснилось, строго недоставало, частично из-за трудности проведения однородных тестов панели в этой области, не беря во внимание пластичность или изменение. Также общим настроением было то, что усталость ограничивается 107 циклов, распространенных в некоторых базах данных, чего не было достаточно для МЦУ, следующего из резонансных колебаний, которая могла произвести намного больше чем 107 циклов при эксплуатации.
Перегрузки и загрузка спектра: был признан тот факт, что использование механизма отличается от того, что ожидается в стадии проектирования, и что спектр нагрузки, включая уровни скачка, не известен. В то время, пока это не определенная проблема материалов, учет для таких нагрузок в оценках способности материала необходим.
Никакая книга по МЦУ, особенно с точки зрения ВВС США, не была бы полной без цитирования или подтверждения Ота Давенпорта, который был ответственен за руководство Национальной программы ВВС США Многоцикловая усталость турбинного механизма. Его работа включала формулировку такую, как выполнение программы. Результаты той программы цитируются всюду по этой книге. В кратце, происхождение программы и некоторых итоговых заявлений о выполнениях с 1994 представлено как выборочный заключительный отчет. Этот отчет появляется как Приложение B и, хотя часть материала дублирует то, что появляется в другом месте этой книге, документ служит, чтобы суммировать события, которые привели к одной из самых стимулирующих и захватывающих технологических программ в истории.
1.5.1. Полевые отказы
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.