НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОСТРОЕНИЯ им. А. Н. Подгорного

Отдел вибрационных и термопрочностных исследований

Оценка трещиностойкости высокотемпературных элементов энергетического оборудования в условиях малоцикловой усталости и ползучести

    Развита методика расчётной оценки трещиностойкости высокотемпературных элементов конструкций, работающих в условиях циклического нагружения и ползучести материала, при наличии поверхностных и подповерхностных трещин. Методика базируется на численном интегрировании кинетики трещины от исходной величины до достижения критического размера при многорежимном статическом и циклическом нагружении. При этом используется принцип суммирования скоростей роста трещины от всех режимов, которые определяются уравнениями типа Пэриса через коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины и его размах. Интегрирование по времени кинетических уравнений осуществляется методом Эйлера с автоматическим выбором шага с контролем страгивания-остановки трещины. Коэффициент интенсивности напряжений вычисляется по распределениям напряжений и перемещений в окрестности вершины трещины с использованием метода конечных элементов.
    Позволяет моделировать различные ситуации при многорежимной эксплуатации энергооборудования с обнаруженными или гипотетическими трещинами с учётом нестационарных температурных полей, старения материала, агрессивности среды и других факторов.
    Время живучести определяется как время достижения коэффициентом интенсивности напряжений критического значения вязкости разрушения.

Оценка трещиностойкости

    Возможно использование кинетических диаграмм различной сложности, учитывающих асимметрию цикла нагружения, эффект закрытия трещины или описывающих полную кинетическую диаграмму с учетом порогов страгивания трещины и ускорения ее роста перед лавинообразным разрушением.
    Учитываются практически важные факторы, влияющие на ресурс: многорежимность нагружения, релаксация напряжений, сложность напряженного состояния в вершине трещины и его перераспределение во времени и др.
    Использование разработанной методики оценки трещиностойкости позволит учитывать влияние эксплуатационных и технологических факторов на долговечность элементов энергооборудования как на стадии их проектирования, так и на стадии эксплуатации.
    Внедрение этой методики в практику расчётов ресурса энергомашин позволит более обосновано сформулировать требования дефектоскопического и межремонтного контроля для обеспечения надёжной их работы.
    Предназначено для действующих и проектируемых энергетических объектов.
    Выполнена оценка трещиностойкости роторов паровой турбины Южно-Украинской АЭС, замковых соединений лопаток газотурбинной установки ГТК-10 и других объектов.
    Методика вошла составной частью в нормативный документ Министерства энергетики и угольной промышленности Украины «Визначення розрахункового ресурсу та оцінка живучості роторів і корпусних деталей турбін. Методичні вказівки: СОУ-Н МЕВ 40.1–21677681–52:2011».
    Методика развивается в направлении использования рассеянных повреждений в материале, при этом для нее не требуются кинетические диаграммы типа Пэриса, а используются данные длительной прочности гладких образцов.