Имитационное моделирование в задачах оценки остаточной долговечности элементов конструкций

Имитационное моделирование в задачах оценки остаточной долговечности элементов конструкций

Автор: Шлянников В.Н.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 5, 2024 года.

Бесплатный доступ

Представлен обзор накопленного опыта разработки и реализации принципов имитационного моделирования при прогнозировании остаточной долговечности элементов конструкций при их проектировании и эксплуатации в соответствии с концепцией допускаемой повреждаемости. Сформулированные принципы предполагают сохранение накопленной поврежденности в процессе состоявшейся эксплуатации элементов конструкций в качестве наследственности истории их нагружения. Предложенная последовательность реализации развиваемого подхода включает анализ напряженно-деформированного состояния поврежденного элемента конструкции, разработку и обоснование геометрии и условий нагружения в эксплуатации, а также экспериментальную верификацию и валидацию путем испытаний имитационных моделей. Объектами анализа выступали лопатки и вращающиеся диски паровых турбин и авиационных двигателей. Представлены конфигурации и условия нагружения предложенных имитационных моделей, воспроизводящих состояние критических зон элементов конструкций. Рассмотрены сочетания условий сложного напряженного состояния, формы дефекта, рабочей температуры и профиля эксплуатационного цикла деформирования. Получены численные решения для наиболее сложных ситуаций моделирования поведения поверхностных несквозных дефектов при сочетании смешанных мод деформирования отрывом, продольным и поперечным сдвигом. Достигнутые результаты оценки остаточной долговечности отнесены к составу оригинальных испытательных устройств и методов.

Еще

Имитационное моделирование, лопатки и вращающиеся диски турбомашин, прогнозирование долговечности, сложное напряженное состояние, развитие трещин

Короткий адрес: https://sciup.org/146283053

IDR: 146283053   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2024.5.11

Список литературы Имитационное моделирование в задачах оценки остаточной долговечности элементов конструкций

  • Shlyannikov, V.N. Fracture analysis of turbine disks and computational–experimental background of the operational decisions / V.N. Shlyannikov, B.V. Iltchenko, N.V. Stepanov // Engineering Failure Analysis. – 2001. – Vol. 8. – P. 461–475.
  • Shlyannikov, V.N. Fatigue of steam turbine blades with damage on the leading edge / V.N. Shlyannikov, R.R. Yarullin, A.P. Zakharov // Procedia Materials Science 3. – 2014. – Vol. 3. – P. 1792–1797.
  • Shlyannikov, V.N. Structural integrity assessment of turbine disk on a plastic stress intensity factor basis / V.N. Shlyannikov, A.P. Zakharov, R.R. Yarullin // International Journal of Fatigue. – 2016. – Vol. 92. – P. 234–245.
  • Giannella, V. Fatigue crack growth in a compressor stage of a turbofan engine by FEM-DBEM approach / V. Giannella, M. Perrella, V. Shlyannikov // Procedia Structural Integrity. – 2018. – Vol. 12. – P. 404–415.
  • Shlyannikov, V. Life-time prediction for aviation GTE compressor disk based on mixed-mode and multi-axial fracture resistance parameter / V. Shlyannikov, I.S. Ishtyriakov, R.R. Yarullin // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 300.
  • Shlyannikov, V.N. Crack growth rate and lifetime prediction for aviation gas turbine engine compressor disk based on nonlinear fracture mechanics parameters / V. Shlyannikov, I.S. Ishtyriakov // Theoretical Applied Fracture Mechanics. – 2019. – Vol. 103. – 102313.
  • Shlyannikov, V.N. Failure analysis of an aircraft GTE compressor disk on the base of imitation modeling principles / V.N. Shlyannikov, R.R. Yarullin, I.S. Ishtyryakov // Procedia Structural Integrity. – 2019. – Vol. 18. – P. 322–329.
  • Shlyannikov, V. Characterization of the nonlinear fracture resistance parameters for an aviation GTE turbine disc / V. Shlyannikov, I. Ishtyryakov, A. Tumanov // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. – 2020. – Vol. 43 (8). – P. 1686–1702.
  • Shlyannikov, V. Lifetime assessment for a cracked compressor disk based on the plastic stress intensity factor / V. Shlyannikov, R. Yarullin, I. Ishtyryakov // Russian Aeronautics. – 2020. – Vol. 63. – P. 14–24.
  • Пат. № 2726137 РФ. Способ испытания на прочность замкового соединения диска турбомашины / Шлянников В.Н., Яруллин Р.Р., Яковлев М.М., Суламанидзе А.Г. – 2020.
  • Пат. № 2724356 РФ. Устройство для испытания на прочность замкового соединения диска турбомашины / Шлянников В.Н., Яруллин Р.Р., Яковлев М.М., Суламанидзе А.Г. – 2020.
  • Пат. № 2730115 РФ. Способ испытания на прочность диска турбомашины, имеющего концентраторы напряжений в виде отверстий, и устройство для его осуществления / Шлянников В.Н., Яруллин Р.Р., Яковлев М.М., Суламанидзе А.Г. – 2020.
  • Mixed-mode crack growth simulation in aviation engine compressor disk / V. Shlyannikov, R. Yarullin, M. Yakovlev, V. Giannella, R. Citarella // Engineering Fracture Mechanics. – 2021. – Vol. 246. – 107617.
  • Суламанидзе, А.Г. Обоснование геометрии и условий нагружения имитационной модели диска турбины газотурбинного двигателя / А.Г. Суламанидзе, В.Н. Шлянников, Р.Р. Яруллин // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 2021. – № 1. – С. 18–26.
  • Яруллин, Р.Р. Развитие трещин в имитационной модели диска турбины ГТД для эксплуатационных условий нагружения / Р.Р. Яруллин, В.Н. Шлянников, А.Г. Суламанидзе // Вестник ПНИПУ. – 2021. – № 2. – С. 203–217.
  • Shlyannikov, V. Fatigue and creep-fatigue crack growth in aviation turbine disk simulation models under variable amplitude loadings / V. Shlyannikov, A. Sulamanidze, R. Yarullin // Engineering Failure Analysis. – 2022. – Vol. 131. – 105886.
  • Shlyannikov, V. Isothermal and thermo-mechanical fatigue-crack-growth analysis of XH73M nickel alloy / V. Shlyannikov, A. Sulamanidze, D. Kosov // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 2024. – Vol. 129. – 104182.
  • Shlyannikov, V. Computational assessment of nonlinear fracture resistance parameters for cracked fuselage panel under biaxial loading / V. Shlyannikov, A. Zakharov, A. Tumanov // Engineering Failure Analysis. – 2019. – Vol. 104. – P. 1174–1187.
  • Loading history effect on creep-fatigue crack growth in pipe bend / V.N. Shlyannikov, A.V. Tumanov, N.V. Boychenko, A.M. Tartygasheva // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2016. – Vol. 139–140. – P. 86–95.
  • Степанов, Н.В. Моделирование напряженного и поврежденного состояний диска в эксплуатации на многоосном гидравлическом стенде / Н.В. Степанов, И.Н. Шканов, В.В. Омельченко // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 1985. – № 2. С. 95–98.
  • Shlyannikov, V.N. A creep stress intensity factor approach to creep–fatigue crack growth / V.N. Shlyannikov, A.V. Tumanov, N.V. Boychenko // Engineering Fracture Mechanics. – 2015. – Vol. 142. – P. 201–219.
  • Lemaitre, J.A. Continuous damage mechanics model for ductile fracture / J.A. Lemaitre // Journal Engineering Materials Technology. – 1985. – Vol. 107. – P. 83–89.
  • Armstrong, P.J. A Mathematical Representation of the Multiaxial Bauschinger Effect / P.J. Armstrong, C.O. Frederick // Materials at High Temperatures. – 1966. – Vol. 24. – P. 1–26.
  • Miehe, C. Thermodynamically consistent phase-field models of fracture: Variational principles and multi-field FE implementations / C. Miehe, F. Welschinger, M. Hofacker // International Journal Numerical Methods Engineering. – 2010. – Vol. 83. – P. 1273–1311.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp