Развитие трещины в имитационной модели диска турбины ГТД при эксплуатационных условиях нагружения

Представлены результаты экспериментальных исследований развития поверхностных трещин в имитационной модели диска турбины газотурбинного двигателя (ГТД) при циклическом растяжении в условиях нормальных и повышенных температур. Проведено обоснование геометрии имитационной модели, воспроизводящей концентратор напряжений в виде крепежного отверстия под стяжной болт в диске турбины ГТД. С целью обеспечения подобия начальной поврежденности имитационной модели и полноразмерного диска турбины в плоскости симметрии концентратора напряжения выполнен несквозной надрез полуэллиптической формы от контура отверстия по направлению к центру диска. Условия нагружения имитационной модели подобраны по результатам сравнительного анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) в зоне отверстия для имитационной модели и крепежного отверстия полноразмерного диска турбомашины. В результате испытаний имитационной модели при комнатной и повышенной температурах получены экспериментальные зависимости положения фронтов развивающейся трещины от значений разности потенциалов на берегах трещины. Установленные положения и размеры фронтов трещины положены в основу численного расчета параметров сопротивления разрушению. В порядке численных исследований рассмотрены 10 трехмерных конечно-элементных расчетных схем с различными положениями и размерами фронтов трещины. Результаты численных расчетов на основе метода конечных элементов (МКЭ) были использованы для определения распределений упругих коэффициентов интенсивности напряжений (КИН) вдоль каждого фронта трещины. Для условий нормальных и повышенных температур экспериментально получены характеристики скорости роста трещины как на свободной поверхности, так и в наиболее глубокой точке фронта. Предложена методика автоматизации проведения испытаний, моделирующих длительное пребывание материала диска под нагрузкой при повышенных температурах.