Forecasting low-cycle fatigue life of gas-turbine engine parts by the method of equivalent tests for specimens with stress concentrator under extension-compression

S A Bukatyy,G A Solntsev,A S Bukatyy,A V Pakhomenkov

doi:10.18287/2541-7533-2018-17-2-37-46

Abstract

A method of low-cycle fatigue equivalent tests based on the application of test specimens whose stress-strain state shall be similar to the stress-strain state of the part to be investigated is proposed in the paper. The stiffness ratio of the stressed state is used as the similarity criterion of stress and strain state of the specimens and the part. The method was successfully applied on the low-pressure compressor disk of a gas turbine engine. Specimens with a circular cross section and a V-concentrator were used as equivalent specimens. The tests were carried out as follows: the specimens were tested under stretching and compression for the zero-to-compression stress cycle; the disks were tested on a dedicated test bench with the spin-up of up to 5000 rpm. The proposed method of equivalent tests makes it possible to forecast low-cycle fatigue life of large-sized critical parts whose full-scale tests cannot be carried out. The method can also be used to assess the high-cycle fatigue life of parts and to forecast their long-term strength. The obtained equations make it possible to design and optimize the construction of aviation parts: the permissible value of strain rate in the most strained area of the part can be determined by the specified fatigue life.

Highlights

Предложен метод эквивалентных испытаний на малоцикловую усталость, основанный на использовании опытных образцов, напряжённо-деформированное состояние которых должно быть подобно состоянию исследуемой детали
A method of low-cycle fatigue equivalent tests based on the application of test specimens whose stress-strain state shall be similar to the stress-strain state of the part to be investigated is proposed in the paper
Low- cycle fatigue; equivalent endurance tests; full-scale tests; strain state stiffness; specimens with stress concentrator; conformity factor

Summary

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МАЛОЦИКЛОВОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

МЕТОДОМ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ С КОНЦЕНТРАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ-СЖАТИИ. Предложен метод эквивалентных испытаний на малоцикловую усталость, основанный на использовании опытных образцов, напряжённо-деформированное состояние которых должно быть подобно состоянию исследуемой детали. При невозможности достичь полного подобия предложен коэффициент соответствия интенсивностей деформаций образцов и деталей. Разработанный метод эквивалентных испытаний позволяет прогнозировать малоцикловую долговечность крупногабаритных ответственных деталей, натурные испытания которых невозможны. Малоцикловая усталость; эквивалентные испытания на выносливость; натурные испытания; жёсткость напряжённого состояния; образцы с концентратором напряжений; коэффициент соответствия. Прогнозирование малоцикловой долговечности деталей газотурбинного двигателя методом эквивалентных испытаний образцов с концентратором напряжений при растяжении-сжатии // Вестник Самарского университета. Однако расчёты долговечности в ряде случаев значительно отличаются от результатов, полученных при испытаниях на малоцикловую усталость (МЦУ) не только деталей, но и стандартных образцов и образцов с концентраторами напряжений [6; 7]. В силу большой сложности и трудоёмкости, а также невозможности проведения испытаний для крупногабаритных деталей, более перспективным является проведение эквивалентных испытаний на специальных образцах, моделирующих НДС исследуемого объекта

Метод эквивалентных испытаний

Долговечность образцов lgN

Библиографический список