Способ определения ресурса деталей Советский патент 1980 года по МПК F01D25/00 G01M19/00 G01N33/20 

Известен способ определения ресурса сложных энергетических деталей, при котором на натурном корпусе наносят искусственный надрез на 90% толщины стенки, а затем корпус доводится до разрушения при статическом гидронсиытании 2. Достоинством этого способа является то, что испытания проводят на натурной детали, а недостатком то, что условия испытаний далеки от натурных и не позволяют изучать закономерности устойчивой стадии развития магистральной трещины. Указанные способы характеризуются недостаточной обоснованностью положения о равенстве констант (Кс, /с, GK, бс), нолученных на образце или детали с трещиной, испытанных в нейтральной среде, при постоянной температуре, при простом типе нагрузок, и для реальных условий, в которых конфигурация трещины, среда, характер распределения и уровень температуры иные, а также неправомерностью применения закономерностей хрупкого и квазихрупкого развития магистральных трещин при их небольщой исходной длине и для зон конструктивных концентраторов, когда неприменимо фундаментальное понятие механики разрущения о тонкой структуре, о автомодельности процессов в зоне вершины трещины. Наиболее близким к описываемому способу является способ определения ресурса деталей, заключающийся в том, что натурную деталь, имещую трещину, подвергают воздействию эксплуатационной нагрузки, периодически измеряют параметры трещины и определяют время ее развития вплоть до разрущения детали 3. Под разрущением понимается вторая стадия разрущения, когда макротрещина достигает размеров, соизмеримых с характерными размерами детали. Описанный способ позволяет испытать натурную деталь в условиях, имитирующих натурные, что позволяет изучать закономерности устойчивой стадии развития макротрещины. Недостатком этого способа является то, что процесс разрущения начинается от случайного дефекта. Случайным, произвольным является место его расположения на детали, его форма и размеры, что снижает надежность определения ресурса. Целью изобретения является повыщение надежности онределения ресурса. Для достижения этой цели в зоне минимальных запасов прочности детали формируют трещину глубиной (Kidob), длиной / (2-10) h и радиусом вершины трещины, равным 2-3 радиуса усталостной трещины, а ресурс определяют по достижении /г 0,45-0,65 hci, где f - безразмерный коэффициент, учитывающий форму трещины и характер нагружения; Kic - трещиностойкость материала, кг/мм ; оь - предел прочности, кг/мм ; / - длина трещины, мм; h - глубина трещины, мм; /ic-r - толщина стенки детали в зоне минимальных запасов прочности. Зону минимальных запасов прочности определяют на основе упругих и упругопластических расчетов (например методом конечных элементов) и уточняют с помощью статических данных по дефектоскопии испытываемых деталей. Так для корпусов кЛапанов цилиндров и роторов турбин тепловых и атомных электростанций (ТЭС и АЭС) такими зонами являются в основном зоны концентраторов (подфланцевые зоны, зоны проточек под обоймы, зоны перехода от патрубков к цилиндрам), а для роторов и зона центральной полости. Трещину выполняют при капитальном ремонте устано ки. Выполнение и заострение искусственной трещины осуществляют известными методами с использованием резца, фрезы, кислот. Тщательно измеряют размеры трещины, особенно се радиус. Так как размер радиуса у вершины усталостной трещины составляет 0,01-0,03 мм, то радиус искусственной трещины выполняют в пределах 0,03- 0,1 мм, что соответствует методике испытания образцов с надрезами. Трещину располагают перпендикулярно действию максимальных растягивающих напряжений. Характерные исходные размеры трещины (глубина, длина, радиус надреза) выбирают на основе следующих положений. 1. Минимальные размеры исходной трещины не должны быть меньще тех, которые допускаются техническими условиями для эксплуатации деталей, например для энергоустановок, в течение их расчетного срока службы-10 ч. Допзстимый размер трещины оценивают по формуле: k f(KjGb)(1) где Kic - трещиностойкость материала, константа, имеющая размерность кг/мм (МН/м) (смысл этой величины аналогичен тому, который вкладывается в понятие предела прочности сплошного бездефектного тела); аь - предел прочности, кг/мм ; / - безразмерный коэффициент, учитывающий форму трещины, характер деформирования. Для полуэллиптической трещины в условиях нлоской деформации / 0,25. Выбор коэффициента для различных случаев может быть проведен на основе рекомендаций, приведенных в литературе. Длина трещины I при определении величины h по формуле (1) может находиться в пределах t(2-10)/i. Левая часть реомендуемой области 1 (2-6) h выбиратся для высокопрочных материалов ((7б,70 кг/мм2), а правая (6-10)/г - ля низкопрочных ( кг/мм). Формуа (1), соотношения I и h без принципиаль