Автор: Савиковский Артем Викторович
Место работы/учебы (аффилиация): ПАО "Силовые машины", специалист отдела электротехнических и изоляционных обмоток и электрических машин
Научный руководитель: Семенов Артем Семенович, доцент кафедры "Механика и процессы управления"

Аннотация:

Циклическая прочность материалов, характеризующаяся необратимым накоплением упругопластических деформаций за малое число циклов, которое приводит к разрушению за малое число циклов (102-105), называется малоцикловой усталостью. Одним из типичных и самых опасных повреждений рабочих лопаток являются термоусталостные трещины, появляющиеся в результате многократной смены температуры лопатки. Для исследования термоусталостной прочности материалов в НПО ЦКТИ была разработана установка для проведения экспериментов на плоских корсетных образцах. На этой установке  в ЦКТИ проведено большое число испытаний материалов для разных температурных режимов, но систематический анализ влияния времени в ы д е р ж к и на термическую усталость не проводился.

Объект данного исследования: термоусталостная прочность монокристаллических никелевых сплавов при различных температурных режимах и варьируемых временах выдержки при максимальной температуре.

Цели и задачи исследования:

  1. Смоделировать нагрев корсетного образца электрическим током и сравнить расчетные распределения температуры вдоль образца и во времени с имеющимися в НПО ЦКТИ экспериментальными данными.
  2. В целях минимизации расчетного времени найти фиктивную длину образца без учета оснастки на основе сравнения пластических деформаций в центре образца и перемещений в контрольных точках в задачах без оснастки и с ее учетом.
  3. Решение проблемы влияния времени выдержки на термоусталостную прочность при различных режимах температур монокристаллических материалов на основе деформационного критерия и сравнение с экспериментальными данными.

Методы исследования: при решении указанных задач применялись методы математической физики, теории упругости, теории пластичности и ползучести. Для численного моделирования обозначенных физических процессов использовался метод конечных элементов. Для программной реализации использовался конечно-элементный пакет ANSYS, а также пакет PANTOCRATOR, который использовался для задания различных усложненных  моделей пластичности и ползучести.

Основные результаты:

  1. В результате выполненных исследований было впервые сделано моделирование нагрева корсетного образца электрическим током для экспериментов на термоусталость. В результате  было получено расчетное распределение температуры вдоль образца и распределения температуры во времени, которые хорошо коррелируют с экспериментальными данными.
  2. После установления распределений температуры вдоль корсетного образца, была решена вспомогательная задача по обоснованию эквивалентной длины образца в упрощенной постановке. При  варьировании длины образца для сплавов ВЖМ4, ЖС32, ВИН3 была установлена эквивалентная длина в упрощенной постановке.
  3. Была принята одна эффективная длина в 40 мм в термоусталостной задаче для всех монокристаллических сплавов. В результате для сплавов ВЖМ4, ЖС32, ВИН3 расчетные кривые влияния времени выдержки в большинстве случаев накладываются на экспериментальные точки.

URL адрес архива: https://yadi.sk/i/PDmULxhangur-Q

Сведения о работе

Конкурс, в котором автор работы принял участие: Международный конкурс исследовательских работ молодых ученых​ High-level research 2018/2019​
Направление педагогики: Технические дисциплины
Форма представления работы: Научно-исследовательская работа
Дата публикации работы: 22.04.2019


Смотреть похожие работы

Научно-исследовательская работа “Оптимизация конструкции малобазового радиоинтерферометра с целью минимизации бокового излучения”

В работе представлены результаты теоретического анализа и моделирования компактной неэквидистантной антенной решетки и продемонстрирован выигрыш в подавлении уровня боковых лепестков диаграммы направленности. При разработке антенных решеток большого ра …

Научно-исследовательская работа “Исследование и разработка мер по повышению надежности подвижного состава в УД КПТУ АО”

Целью работы является: разработка мероприятий по повышению надежности подвижного состава применительно к УД КПТУ АО «Арселор Миталл Темиртау» Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: Обоснование усовершенствования модернизаций локомо …

Исследовательская работа “Нанотехнологии как компонент высшего профессионального образования”

В предложенной научной работе изучена проблема нанотехнологий как компонента высшего профессионального образования; изложены сведения о СЗМ и приборе NanoTutor, методах работы на нем, основные технические характеристики, режимы работы и особенности про …

Научно-исследовательская работа “Разделение кристаллических пластин методом скрайбирования”

Данная работа посвящена проблеме разделения монокристаллических пластин на производстве фотонных интегральных схем и экспериментальному поиску ее решения. Актуальность работы объясняется её практической применимостью, связанной с массовым выпуском полу …