Дослідження розповсюдження тріщини в зонах концентраторів напружень під дією термоімпульсного навантаження в деталях з ливарними дефектами

Abstract

Предметом дослідження є процеси тріщиноутворення під дією термоімпульсних навантажень на прикладі корпусної деталі авіаційного агрегату, виготовленої в ливарний спосіб з притаманними внутрішніми дефектами у вигляді пор. Мета дослідження полягає у визначенні впливу геометричних концентраторів напружень на розповсюдження тріщини від наявних у металі пор під час термоімпульсного оброблення, а також у розробці практичних рекомендацій щодо вибору режимів оброблення для забезпечення тріщиностійкості конструкцій і підвищення їхньої експлуатаційної надійності. Основні завдання дослідження включають визначення параметрів в’язкого руйнування й порівняння їх з критичними значеннями матеріалу деталі, а також встановлення закономірностей поширення тріщини залежно від розмірів, форми пор у структурі матеріалу та наявності й розмірів геометричних концентраторів напружень. Методи дослідження включають методи математичного моделювання й проведення факторних числових експериментів для розв’язання задачі термопружності під час термоімпульсного навантаження й руйнування в зоні найбільшої концентрації напружень з визначенням коефіцієнтів інтенсивності напружень для випадку нормального відриву, поперечного і поздовжнього зрушень й J-інтегралу. Верифікація розрахункових моделей базується на критерії збігу розрахунків й визначенні оптимального розміру скінченних елементів розрахункових областей на тестових задачах. В результаті дослідження визначено нестаціонарне поле температур від дії теплового потоку, розраховано напружено-деформований стан металу деталі, встановлені залежності розкриття тріщини від розмірів геометричних концентраторів напружень з урахуванням параметрів пор, притаманних структурі металу ливарної де-талі. У висновках надані рекомендації щодо використання отриманих закономірностей. визначена критична роль розміру та конфігурації геометричних концентраторів напружень у процесі термічно-індукованого руйнування. Подальші дослідження мають бути сфокусовані на вдосконалення методу призначення режимів термоімпульсної обробки деталей з позиції тріщиностійкості конструкції деталі.

The subject of the study is the processes of crack formation under the action of thermal pulse loads on the example of a body part of an aviation unit. The aim of the work is to determine the influence of existing stress concentrators in parts obtained by the casting method on the possibility of their processing by the thermal pulse method. The main tasks of the study include establishing the regularities of crack development depending on the geometric concentrators of parts and imposing restrictions on the modes of thermal pulse processing. The methods of the study include methods of mathematical modeling of the problem of thermoelasticity during thermal pulse loading and modeling of brittle fracture in the zone of the highest stress concentration with the determination of stress intensity coefficients for the case of normal separation, transverse and longitudinal displacements and the J-integral. Verification of the calculation models is based on the criterion of calculation coincidence and determination of the optimal size of finite elements of the calculation areas on test problems. As a result of the study, the dependences of crack opening on the sizes of geometric stress concentrators were determined, taking into account the presence of pores in the metal structure of the casting part. The conclusions provide recommendations for the use of the obtained regularities. Further research should be focused on improving the method for assigning modes of thermal pulse processing of parts from the point of view of the crack resistance of the part structure.