ОЦІНЮВАННЯ КРИТЕРІЇВ ГРАНИЧНОГО СТАНУ МАТЕРІАЛІВ АВІАЦІЙНИХ ГТД НА ОСНОВІ АКУСТОЕМІСІЙНОЇ МОДЕЛІ ДЕГРАДУВАННЯ МАТЕРІАЛІВ В УМОВАХ БАГАТОЦИКЛОВОЇ ВТОМИ

С. О. Беженов

С. О. Беженов Національний університет «Запорізька політехніка»

Ключові слова: втома, деформація, акустична емісія, поверхневе зміцнення, пошкодження структури матеріалу, стадійність руйнування

Анотація

Сучасні вимоги до підвищення термінів експлуатації з одночасним зниженням вартості продукції машинобудування зумовлюють потребу пошуку нових і вдосконалення наявних методів зміцнення конструкційних матеріалів. Урахування різноманітних експлуатаційних, конструкційних і технологічних факторів лише розрахунковими методами не забезпечує необхідної точності прогнозування механічної поведінки виробів в умовах утоми, що потребує проведення довготривалих випробувань задля верифікації результатів розрахунків. Тому актуальним залишається розвиток методик прогнозування граничного стану конструкційних матеріалів на великих базах періодичного навантаження за даними, що не руйнують методів контролю, зокрема методу акустичної емісії (АЕ). Вирішення поставленого завдання ґрунтується на таких теоретичних передумовах. Використовується акустоемісійна модель циклічного деградування конструкційних матеріалів, яка встановлює зв’язок між характеристикою опору втомі матеріалу та його акустоемісійною активністю. Зазначена модель поєднує авторську модель багатоциклової втоми, динамічну дислокаційну модель плинності (Т. Екоборі), закон дискретності структурно-енергетичної теорії руйнування матеріалів (В.С. Іванова) і загальноприйняті уявлення про стадійність характеру процесу накопичення пошкоджень при циклічному навантаженні. Досліджувалися модельні зразки сплавів на основі нікелю й титану. Зразки виготовлено як за стандартних технологічних процесів, так і після поверхневого ультразвукового зміцнення. Описано особливості циклічних АЕ характеристик, які є ідентичними для різних класів матеріалів з різною технологічною спадковістю. На основі одержаних результатів установлено залежності між інформативними параметрами АЕ та критеріями граничного стану досліджуваних матеріалів авіаційних ГТД в умовах багатоциклової втоми. Це дасть можливість оцінювати ефективність видів і режимів технологічних операцій, спрямованих на підвищення ресурсу деталей ГТД, за даними неруйнівного АЕ контролю.

Посилання

1. Петухов А.Н. Особенности формирования свойств поверхностного слоя основных деталей ГТД при применении традиционных и современных методов упрочнения. Вестник двигателестроения. 2006. № 2. С. 20–24.
2. Терентьев В.Ф. Усталость металлических материалов. Москва : Наука, 2002. 248 с.
3. Прочность материалов и конструкций. Киев : Ин-т проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, 2009. Т. 2 : Усталость металлов. Влияние состояния поверхности и контактного взаимодействия / В.Т. Трощенко, Г.В. Цыбанев, Б.А. Грязнов, Ю.С. Налимов. 664 с.
4. Мак-Ивили А.Дж. Анализ аварийных разрушений. Москва : Техносфера, 2010. 416 с.
5. Прогнозування характеристик опору утомі конструкційних матеріалів на великих базах навантажування / Г.Г. Писаренко, Л.Є. Матохнюк, О.В. Войналович, Д.Г. Кофто. Проблеми міцності. 2014. № 5. С. 48–53.
6. Скальський В.Р., Андрійків О.Є. Оцінка об’ємної пошкодженості матеріалів методом акустичної емісії. Львів : Видавничий центр ЛНУ ім. Івана Франка, 2006. 330 с.
7. Гудрамович В.С., Скальський В.Р., Селіванов Ю.М. Голографічне та акустико-емісійне діагностування неоднорідних конструкцій і матеріалів. Львів : Простір-М, 2017. 492 с.
8. Беженов С.О. Акустоемісійна модель циклічного деградування виробів з конструкційних металевих матеріалів. Пошкодження матеріалів під час експлуатації, методи його діагностування і прогнозування: матеріали IV Міжнародної науково-технічної конференції. Тернопіль : Вид-во ТНТУ ім. Івана Пулюя, 2015. С. 64–67.
9. Беженов С.А. Модель механического поведения металлических материалов в условиях многоцикловой усталости. Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. Дніпропетровськ : Ліра, 2012. Вип. 20. С. 66–73.
10. Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. Киев : Наукова думка, 1978. 352 с.
11. Иванова В.С., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. Москва : Металлургия, 1975. 456 с.
12. Трощенко В.Т., Хамаза Л.А. Условия перехода от рассеянного к локализованному усталостному повреждению металлов и сплавов. Сообщение 2. Продолжительность стадий зарождения и развития усталостных трещин. Проблемы прочности. 2014. № 4. С. 5–20.
13. Беженов С.А. Оценка циклической деградации конструкционных материалов с применением метода АЭ. Вісник Запорізького національного університету: фізико-математичні науки. 2015. № 3. С. 28–35.
14. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. Москва : Интермет Инжиниринг, 2002. 288 с.
15. Беженов С.О. Методика дослідження поверхневого шару конструкційних матеріалів методом акустичної емісії. Нові матеріали та технології в металургії та машинобудуванні. 1999. № 1. С. 16–19.
16. Bezhenov S.O., Byalik H.A., Bezhenov O.I. Mechanism of surface hardening of structural carbon steels. Materials Science. 2009. Vol. 45. Issue 1. P. 89–96.
17. Беженов С. Застосування методу акустичної емісії для оцінювання впливу поверхневого зміцнення на характеристики опору багатоцикловій втомі залізовуглецевих сплавів. Вісник Тернопільського національного технічного університету. 2013. № 3 (71). С. 204–214.
18. Андрійків О.Є., Скальський В.Р., Сулим Ґ.Т. Теоретичні основи методу акустичної емісії в механіці руйнування : монографія. Львів : СПОЛОМ, 2007. 480 с.