Адъюнкт: капитан КАРПЕНКО О. Н. Старая тема: МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРЕДОТКАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Новая тема: МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРЕДОТКАЗНОГО СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК КОМПРЕССОРОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Соответствие специальности: – «Вооружение и военная техника. Комплексы и системы военного назначения.» п.2, п – «Эксплуатация и восстановление вооружения и военной техники, техническое обеспечение.» п.3 Цель : разработка методики оценки предотказного состояния лопаток компрессоров ГТД ВН на основании анализа их остаточных напряжений. Объект : лопатки компрессоров ГТД военного назначения. Предмет : остаточные напряжения лопаток компрессоров ГТД военного назначения. Научная задача : оценка предотказного состояния высоконагруженных деталей АТ ВН. Задачи исследования: 1 Разработка модели поврежденности лопаток компрессора. 2 Обоснование показателя поврежденности лопаток компрессора ГТД. 3 Разработка методики оценки НДС лопаток компрессора ЛОА-методом. 4 Исследование зависимостей показателя поврежденности от НДС лопаток компрессора ГТД. Научный руководитель: д.т.н. профессор, Овчинников В.В. ( ) Консультант: к.т.н. доцент, Тараканов Ю.В. ( ) 1 Общая характеристика работы На защиту выносится 1 Методика методики оценки предотказного состояния лопаток компрессоров ГТД ВН на основании анализа их остаточных напряжений, позволяющая произвести оценку поврежденности материала детали в локальной зоне, с высоким пространственным разрешением, за небольшой период времени,с высокой точностью. 2 Зависимости показателя поврежденности (скорости ПАВ) от НДС, позволяющие определить характер распределения зон с остаточными напряжениями в местах повреждений детали.

Актуальность 3 случая ДСД по причине обнаружения трещин, недоработка ресурса АД составила 2698 часов БГ $ Средства диагностирования Сущность метода ТЭС АТ (max использование запасов работоспособности констр. элементов) - существующие методы диагностирования не обеспечивают оценку уровня надежности НЗ разработка М для оценки предотказного состояния элементов ГТД ВА, обеспечивающей эксплуатацию по техническому состоянию. Использование современных научных достижений и методов диагностирования учитывающих НДС 11% объект исследования – лопатки компрессора ГТД ВН, предмет – остаточные напряжения лопаток ГТД ВН 2 Особый период (и при БП) рацион. упр. ТС: ДСД и ТО Обеспечение обороноспособности страны ТЭС ВиВТ $ 60 мил.

Прогрессивная методология эксплуатации ГТД Эксплуатация ГТД по техническому состоянию Ресурс max Состояние задачи оценки поврежденности 3 Цель исследования ЦИАМ ВНИИ Авиаматериалов ЛИИ (Громова)ГЛИЦ МО РФ ВАИУ НИЦ ЭРАТ ИОФ РАН МГТУ ГА ГосНИИ ГА МАИ Процесс повреждения Эксплуатация по тех. состоянию Численное моделирование НДС Предупреждение и защита от ППП Развитие трещин Нормирование повреждений 18 % 7 % 20 %26 % 22 % 7 % Влияние остаточных напряжений на ТС РЛ ??? Степень разработанности вопроса

Основные этапы исследования Критический анализ состояния вопроса, выбор метода исследования Объект Рабочие лопатки компрессоров Предмет Остаточные напряжения в лопатках ГТД ВН Методы Лазерный оптико- акустический метод Цель исследования Обоснование показателя поврежденности лопаток компрессора ГТД ВН Содержание этапов диссертационного исследования Анализ состояния вопроса, выбор метода и постановка задачи исследования Разработка и проверка методики Проведение численного эксперимента Заключение Разработка рекомендаций по реализации методики оценки повреждённости рабочих лопаток компрессоров газотурбинных двигателей для ЭО и РО Исследование влияния уровня остаточных напряжений на значение показателя повреждённости лопатки компрессора ГТД ВН Разработка методики оценки предотказного состояния лопаток ГТД ВН лазерным оптико-акустическим методом Разработка модели поврежденности лопаток Формулирование заключения и выводов по результатам проведенных исследований Разработка рекомендаций Разработать методический аппарат, обеспечивающий оценку предотказного состояния лопаток компрессоров ГТД ВА на основании анализа остаточных напряжений используя лазерный оптико-акустический метод: Анализ зон концентрации напряжений в поверхностном слое изделий АТ. Цель, постановка задач, методика проведения исследования 4, при L – длина волны излучения - длительность импульса А –max энергия импульса f –частота V зв - скорость ПАВ, где

Теоретическая база исследования 5 Статическое и динамическое нагружение Концентратор напряжения Производственный дефект и повреждение поверхности Рост микроскопических повреждений Повреждённость – параметр технического состояния повреждённой детали Степень повреждённости: Показатель поврежденности: В работе выбран ЛОА-метод ПОКАЗАТЕЛЬ ПОВРЕЖДЁННОСТИ Усталостная трещина Трещина усталости в материале детали Изменение НДС Вестергарда; Мусхелишвили; Садовского; Грина и д.р. (справочные аналитические зависимости для расчёта остаточных напряжений) - фотоупругости; -магнитоупругий; - муаровых полос (растров); - электротензомет- рический; -акустический; -рентгеноструктурный аналитические экспериментальные конечных элементов: - прямой метод: а) напряжений; б) перемещений разложения Лорана коллокаций непрерывного распределения дислокаций объёмных сил граничных элементов (разрывных смещений) весовых функций численные конечных разностей Методы расчёта и измерения НДС

Лазерный оптико-акустический метод 6 лазер блок генерации блок регистрации массив данных Количественное сравнение ЛОА-метода с рентгеноструктурным методом (ДРОН 3М)

Определение зон контроля НДС с помощью МКЭ 7 Определение зоны контроля НДС при частотном анализе МКЭ Конечно-элементная модель лопатки Геометрическая модель повреждённой лопатки по первой изгибной форме колебаний по первой крутильной форме колебаний

зависимости 8 Методика оценки предотказного состояния лопаток компрессоров ГТД ВН Общая структура методики оценки повреждённости рабочих лопаток компрессоров газотурбинных двигателей военной авиации ЛОА метод реализован в экспериментальной установке в ИОФ РАН Ввод исходных данных геометрия лопатки геометрия повреждения модель материала лопатки «граничные условия», модель нагружения лопатки Вывод результата 2 4 Расчёт степени повреждённости 3 Определение скоростей ПАВ Настройка оборудования блока регистрации ПАВ устройства позиционирования блока генерации ПАВ сбор данных генерация ПАВ регистрация ПАВ БУ n n1n1 nini x xixi x1x мкм подготовка объекта Построение геометрической модели Выбор 3D модели из БД лопаток ГТД 1 Анализ НДС МКЭ Построение конечно-элементной модели лопатки и определение зон контроля частотным анализом

Зависимости результатов значений скоростей ПАВ 9 Расстоя ние от основа ния лопатк и L, мм Условный номер лопатки ,382943,892944,382973,332954,92965,642957,012962,522947,312955, ,662944,32944,662977,022957,42981,12942,82959, , ,082967,492955,082977,612957,382983,342955,22951,322959,942963, ,112976,092963,112986,292949,512973,422962,632956,552957,272968, ,912986,532968,912990,042963,572991,572962,952961,52963,842972, ,172985,652962,172998,642950,232997,942969,162959,942973,632971, ,12976,22955,12988,22943,32977,822944,32952,12975,52975, ,132957,72943,132952,332939,532959,222935,412936,692952,52954, ,432955,062947,432946,322937,452957,742927,52934,652973,182964, ,92967,242943,92933,352948,322956,62932,312933,492955,552964, ,92977,342925,92935,592947,322959,522934,612945,92962,672967,56 v зв L, мм

Оценка эффективности 10 Аппарат рентгеновский ДРОН-2,0. 1 – устройство электронно-вычислительное ЭВУ-1-4; 2 – блок автоматического управления БАУ; 3 – стойка дифрактометрическая с гониометром ГУР- 5 и рентгеновской трубкой; 4 – источник питания высоковольтный ВИП М; 5 – устройство вывода информации УВИ-3М-1 с цифропечатающей машинкой и перфоратором. Экспериментальная установка ЛОА-метода. 1 - Блок лазера 2 - Блок позиционирования датчика ПАВ 3 - Усилитель сигнала датчика ПАВ 4 - Цифровой осциллограф (на экране – вид сигнала ПАВ) 5 - Устройство для нагружения исследуемого образца Некоторые сравнительные характеристики: - высокая точность измерения ЛОА-метода (погрешность менее 0,5%), рентгеноструктурного метода – 5%; - высокое пространственное разрешение (база измерений – 3 мм)-рент. метод имеет порядка 10 мм; - возможность измерения ост. напряжений на различной глубине, вплоть до 200 мкм (за счет изменения скорости звука на различных частотах) стандартная глубина проникновения рентгеновского излучения в стали составляет ~16 мкм; - время проведения 1-го измерения: ЛОА-метод – 5 мин, рентгеноструктурным методом время измерения составляет порядка 20 мин.

Реализация, публикации и апробация результатов исследования 11 Публикации : Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в 7-и работах: -в научных изданиях, в виде 3-х научных статей на специальную тему в сборник входящий в перечень ВАК в «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». Основные: Карпенко О.Н. Специальная тема 2010г., 2011г. Карпенко О.Н., Олешко В.С. «Электроэрозионное резание деталей из титановых сплавов в целях проведения их металлографических исследований» //Труды ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина. Эксплуатация авиационных комплексов// – изд. ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» г. Москва 2010 год. Карпенко О.Н., Овчинников В.В. «Экспериментальная методика оценки остаточных напряжений в поверхностном слое элементов авиационной техники». // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации// 173(II)-ISSN г. - в отчёте о НИР – Шифр «Фаворит-12» 0111/109323, ВУНЦ ВВС Апробация: Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: -«Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского» ВУНЦ ВВС г. Москва 2010 год; -«Межвузовская научно-практическая конференция военно-научного общества курсантов и молодых ученых ПЕРСПЕКТИВА-2012» ВАИУ г. Воронеж 2012 год. Реализация: - результаты диссертационного исследования использованы в научно- исследовательской работе шифр «Фаворит-12» 0111/109323, акт реализации от г.

ВЫВОДЫ В результате диссертационной работы разработана методика оценки предотказного состояния лопаток компрессоров ГТД ВН обеспечивающая возможность оценки поврежденности материала детали в локальной зоне база измерений в которой составляет порядка 3-х мм с высокой точностью измерения параметра технического состояния поврежденной детали (погрешность менее 0,5%). 2 – Обоснован показатель поврежденности лопаток компрессоров ГТД ВН, в качестве которого была выбрана скорость звуковой волны в материале лопаток Получены зависимости показателя поврежденности лопаток компрессоров ГТД ВН от напряженно-деформированного состояния, позволяющие определить характер распределения зон с остаточными напряжениями в местах повреждений детали. 4 – Применение данной методики в эксплуатирующих и ремонтных организациях позволят обеспечить измерение параметров повреждений ГТД ВН с необходимой точностью, с экономией времени и финансовых затрат.

Дополнительные слайды 13

Спасибо за внимание!