RU2665186C2 - Оптимизация стенда для испытаний на малоцикловую усталость или на малоцикловую и многоцикловую усталость - Google Patents
Оптимизация стенда для испытаний на малоцикловую усталость или на малоцикловую и многоцикловую усталость Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665186C2 RU2665186C2 RU2015151400A RU2015151400A RU2665186C2 RU 2665186 C2 RU2665186 C2 RU 2665186C2 RU 2015151400 A RU2015151400 A RU 2015151400A RU 2015151400 A RU2015151400 A RU 2015151400A RU 2665186 C2 RU2665186 C2 RU 2665186C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- support
- sample
- supporting
- parameters
- support device
- Prior art date
Links
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 title claims description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/32—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/02—Details
- G01N3/04—Chucks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
- F01D25/285—Temporary support structures, e.g. for testing, assembling, installing, repairing; Assembly methods using such structures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0073—Fatigue
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0244—Tests performed "in situ" or after "in situ" use
- G01N2203/0246—Special simulation of "in situ" conditions, scale models or dummies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/026—Specifications of the specimen
- G01N2203/0298—Manufacturing or preparing specimens
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу оптимизации стенда для испытаний на малоцикловую усталость и, возможно, на комбинированную малоцикловую и многоцикловую усталость для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, такой как опора по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора. Сущность: выполняются этапы, на которых определяют переменные геометрические параметры опорного устройства испытательного стенда, предназначенного для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, и/или образца, а также диапазоны изменения этих параметров, определяют по меньшей мере один объект для реализации, при этом изменение по меньшей мере части вышеупомянутых параметров оказывает влияние на этот объект, изменяют одно или несколько значений вышеупомянутых параметров в их соответствующих диапазонах и определяют те значения, которые позволяют реализовать объект, и в зависимости от оптимизированных параметров реализуют или изменяют опорное устройство и/или образец. Опорное устройство содержит две опорные поверхности, предназначенные для взаимодействия с опорными поверхностями образца. Опорное устройство предназначено для крепления на станине, а образец предназначен для соединения со средствами натяжения. Опорное устройство содержит две центральные части с двумя опорными поверхностями, при этом со стороны, противоположной средствам натяжения, каждая центральная часть соединена первым плечом с цоколем крепления на станине, а со стороны средств натяжения - парой вторых плеч с концами двух отстоящих друг от друга параллельных поперечных брусков, при этом противоположные концы брусков соединены другой парой вторых плеч с другой центральной частью. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 13 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу оптимизации стенда для испытаний на малоцикловую усталость и, возможно, на комбинированную малоцикловую и многоцикловую усталость для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, такой как опора по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Диск ротора газотурбинного двигателя содержит на своей периферии кольцевой ряд ячеек, в которые посажены ножки лопаток и которые имеют, например, форму ласточкина хвоста, для получения рабочего колеса. Во время работы лопатки подвергаются действию центробежных сил, и их ножки приходят в положение опоры на боковые опорные шейки ячеек диска. Кроме того, лопатки испытывают колебания, связанные с аэродинамическими усилиями, которые приводят к относительным скольжениям между ножками лопаток и диском. Эти воздействия влияют на срок службы креплений лопатка-диск.
Анализ срока службы креплений лопатка-диск основан на вычислениях, которые являются сложными по причине влияния контакта на напряжения и на вычисляемый срок службы. Предсказательное вычисление срока службы можно производить через полную цифровую модель. Сложность использования модели заключается в необходимых входных данных. Действительно, модель требует корреляции между полем напряжений, наблюдаемым при контакте лопатка-диск, и числом циклов с появлением соответствующей трещины.
Для этого анализа необходимо изготовить стенд, на котором в лабораторных условиях можно воспроизводить контакт лопатка-диск, подвергающийся нагрузке малоцикловой усталости (LCF: low cycle fatigue) или малоцикловой и многоцикловой усталости (HCF: high cycle fatigue). Испытательный стенд должен позволить экспериментально определить срок службы контакта лопатка-диск. Затем эти экспериментальные данные используют для применения цифровых методик определения срока службы на реальных деталях, для которых невозможно экспериментально определить срок службы.
В современной технике стенды испытаний на малоцикловую усталость содержат, каждый, опорное устройство, закрепленное на станине и образующее по меньшей мере одну опорную поверхность, и образец, соединенный со средствами натяжения для приведения образца в положение опоры на опорную поверхность или каждую опорную поверхность опорного устройства.
Однако эти испытательные стенды не являются полностью удовлетворительными, так как разработаны без учета характеристик опорного устройства и образца, качества контакта между опорным устройством и образцом, промышленного применения тестируемого контакта, динамического поведения стенда во время испытания на многоцикловую усталость и т.д.
Настоящее изобретение имеет задачей предложить простое, эффективное и экономичное решение по меньшей мере части вышеупомянутых проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В изобретении предложен способ оптимизации стенда для испытаний на малоцикловую усталость ина комбинированную малоцикловую и многоцикловую усталость, при этом испытательный стенд предназначен для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, такой как опора по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора, и содержит опорное устройство, закрепленное на станине и образующее по меньшей мере две опорные поверхности, и образец, соединенный со средствами натяжения для приведения образца в положение опоры на опорную поверхность или каждую опорную поверхность опорного устройства, при этом способ содержит следующие этапы:
- определяют переменные параметры, в частности, геометрические параметры опорного устройства и/или образца, а также диапазоны изменения этих параметров,
- определяют по меньшей мере один объект для реализации или оптимизации, при этом изменение по меньшей мере части вышеупомянутых параметров оказывает влияние на объект,
- изменяют одно или несколько значений вышеупомянутых параметров в их соответствующих диапазонах и определяют те значения, которые позволяют реализовать или оптимизировать объект, таким образом, чтобы идентифицировать оптимизированные параметры, и
- на основании фиксированных параметров и оптимизированных параметров реализуют опорное устройство для оснащения нового стенда или изменяют опорное устройство и/или образец существующего стенда на основании оптимизированных параметров.
Способ отличается тем, что опорное устройство дополнительно содержит две центральные части соответственно с двумя опорными поверхностями, при этом со стороны, противоположной средствам натяжения, каждая центральная часть соединена первым плечом с цоколем крепления на станине и со стороны средств натяжения - парой вторых плеч с концами двух отстоящих друг от друга параллельных поперечных брусков, при этом противоположные концы брусков соединены другой парой вторых плеч с другой центральной частью, при этом среди переменных параметров способ учитывает по меньшей мере один размер вторых плеч каждой пары и/или угол наклона этих вторых плеч относительно соответствующего поперечного бруска или относительно опорной поверхности соответствующей центральной части.
Таким образом, изобретением предложен способ, позволяющий оптимизировать некоторые параметры опорного устройства и образца, в частности, с целью улучшения репрезентативности испытания относительно промышленного применения, а также повышения надежности объектов этого испытания. Предпочтительно переменными параметрами являются геометрические параметры, однако они могут быть параметрами другого типа или не только геометрическими параметрами. Кроме того, изобретение позволяет изменить испытательный стенд таким образом, чтобы его можно было адаптировать к любой опоре деталей газотурбинного двигателя, и, кроме того, изобретение можно применять для уже существующего известного стенда.
Способ в соответствии с изобретением можно осуществлять при помощи информативной системы, содержащей программу оптимизации, например, такую как DesignXplorer, выпускаемую на рынок компанией Ansys.
Переменные параметры могут включать в себя по меньшей мере один размер первых плеч, такой как их длина и/или их толщина, и/или угол наклона этих плеч относительно цоколя или относительно опорной поверхности, и/или жесткость этих плеч, и/или высота или длина между цоколем и опорной поверхностью.
Реализуемым объектом могут быть параллельность и контакт опорных поверхностей между образцом и опорным устройством, и/или максимальная амплитуда скольжения между этими поверхностями, и/или по существу однородное давление контакта между этими поверхностями.
Когда поверхности образца и опорного устройства опираются по существу на прямоугольную зону, контактное давление можно считать по существу однородным, если соотношение между контактным давлением на уровне нижнего края зоны и на уровне верхнего края зоны примерно равно единице.
В случае, когда стенд используют на испытаний на малоцикловую и многоцикловую усталость и он содержит детали I-образной формы с гибкой центральной частью, одна из которых соединяет опорное устройство со станиной, а другая соединяет конец вибрирующей пластины со средствами натяжения, при этом другой конец пластины соединен с образцом, стенд дополнительно содержит средства возбуждения, взаимодействующие с I-образной деталью, соединенной с пластиной, чтобы заставлять вибрировать эту пластину по время испытаний, при этом реализуемым объектом является целевая частота вибрации пластины. В случае определения по меньшей мере двух объектов по меньшей мере некоторые из этих объектов распределяют по степени важности. Так, в случае, когда несколько значений параметров позволяют оптимизировать эти объекты, выбираемыми параметрами могут быть те из них, которые обеспечивают наилучшую оптимизацию более важного объекта.
В случае, когда способ применяют для оптимизации испытательного стенда, воспроизводящего опору по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора, опорные поверхности образца могут воспроизводить опорные поверхности опорной шейки ячейки диска ротора, и опорные поверхности опорного устройства могут воспроизводить опорные поверхности ножки лопатки.
Объектом изобретения является также опорное устройство, содержащее по меньшей мере две опорные поверхности, предназначенные для взаимодействия с опорными поверхностями образца в испытательном стенде для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, такой как опора по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора, и для осуществления испытаний на малоцикловую усталость и, возможно, на многоцикловую усталость. Опорное устройство предназначено для крепления на станине, и образец предназначен для соединения со средствами натяжения для приведения образца в положение опоры на каждую опорную поверхность опорного устройства, при этом опорное устройство отличается тем, что дополнительно содержит две центральные части соответственно с двумя опорными поверхностями, при этом со стороны, противоположной средствам натяжения, каждая центральная часть соединена первым плечом с цоколем крепления на станине и со стороны средств натяжения - парой вторых плеч с концами двух отстоящих друг от друга параллельных поперечных брусков, при этом противоположные концы брусков соединены другой парой вторых плеч с другой центральной частью.
Предпочтительно первые плечи опорного устройства являются по существу коллинеарными с усилиями сдвига, действующими на опорные поверхности, и вторые плечи являются по существу коллинеарными с нормальными усилиями, действующими на эти поверхности. Это обеспечивает разделение нормальных напряжений и напряжений сдвига. В частности, геометрия устройства (коллинеарность с нормальными усилиями, с одной стороны, и усилиями сдвига, с другой стороны) позволяет, за счет деформаций такой конструкции, сохранять идеальный контакт плоскость/плоскость при любом воздействии.
Объектом настоящего изобретения является также стенд для испытаний на малоцикловую усталость и, возможно, на многоцикловую усталость, отличающийся тем, что содержит описанное выше опорное устройство, и тем, что его оптимизируют при помощи описанного выше способа.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение и его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает схематичный вид крепления ножки лопатки в ячейке диска ротора газотурбинного двигателя.
Фиг.2 - частичный схематичный вид в изометрии стенда для испытания на малоцикловую усталость в соответствии с изобретением с показом образца и опорного устройства этого стенда.
Фиг.3 - увеличенный вид части фиг.2 с показом зоны контакта между образцом и опорным устройством.
Фиг.4 - схематичный вид опорного устройства, показанного на фиг.2, во время испытания на усталость.
Фиг.5 - график изменения угла размыкания в зоне контакта в зависимости от положения этой зоны.
Фиг.6 - частичный схематичный вид в изометрии другого стенда для испытаний на малоцикловую усталость.
Фиг.7 - половинчатый вид опорного устройства и образца испытательного стенда, показанного на фиг.6.
Фиг.8 - схематичный вид в изометрии стенда для испытания на малоцикловую и многоцикловую усталость.
Фиг.9 - увеличенный вид части фиг.8 с показом зоны контакта между образцом и опорным устройством.
Фиг.10 - график изменения давления контакта между образцом и опорным устройством между верхним краем и нижним краем контактной зоны.
Фиг.11 и 12 изображают графики, иллюстрирующие влияние изменения геометрических параметров опорного устройства на однородность давления контакта между образцом и опорным устройством и на амплитуду скольжения между ними.
Фиг.13 изображает график изменения амплитуды перемещения контактной зоны в зависимости от частоты вибрации пластины испытательного стенда.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг.1 схематично показан узел лопатка-диск газотурбинного двигателя, при этом лопатка 10 содержит ножку 12, вставленную в ячейку 14 на периферии диска 16 ротора, причем этот диск содержит кольцевой ряд ячеек 14 этого типа для установки в них ножек лопаток. Узел, включающий в себя диск 16 и лопатки 10, образует рабочее колесо газотурбинного двигателя. В данном случае ножка 12 имеет форму ласточкина хвоста. Две смежные ячейки 14 диска 16 отделены друг от друга зубцом 15, при этом на фиг.1 зубцы 15, находящиеся с двух сторон от ножки 12 лопатки, показаны частично.
Во время работы на лопатку 10 действуют центробежные силы (стрелка 18), и ее перо проявляет тенденцию к колебанию (стрелка 20), что приводит к опоре и скольжению боковых частей ножки 12 лопатки на боковых опорных шейках 22 ячейки 14 диска. Стрелками 24 показаны нормальные усилия, которые действуют на находящиеся друг против друга поверхности ножки 12 лопатки и ячейки 14, а стрелки 26 обозначают усилия сдвига, действующие на эти поверхности.
На фиг.2-4 представлен испытательный стенд, выполненный с возможностью воспроизведения двух контактов лопатка-диск под нагрузкой малоцикловой усталости (LCF: low cycle fatigue) с целью экспериментального определения срока службы этих контактов.
Испытательный стенд 100 в основном содержит две части: первую часть 102, соединенную со средствами 104 натяжения и предназначенную для воспроизведения зубца диска ротора, и вторую часть 106, соединенную с неподвижной станиной 108 и предназначенную для воспроизведения участков двух ножек лопаток, взаимодействующих с этим зубцом.
Первая часть 102 содержит образец 110, закрепленный на конце пластины 112, другой конец которой соединен со средствами 104 натяжения. Средства 104 натяжения содержат, например, домкрат, в котором свободный конец штока соединен с пластиной 112 и цилиндр которого установлен на неподвижной части испытательного стенда. Предпочтительно этот домкрат ориентирован параллельно пластине 112, чтобы сила натяжения действовала параллельно продольной оси пластины 112.
Образец 110 содержит часть, выполненную в виде зубца диска, причем эта часть воспроизводит участки двух смежных ячеек диска. Эта часть имеет общую форму ласточкина хвоста и содержит две боковые стороны, форма которых воспроизводит опорные шейки 120 двух смежных ячеек диска. Каждая из этих опорных шеек 120 содержит относительно плоскую опорную поверхность 124 (фиг.3).
Вторая часть 106 испытательного стенда 100 содержит опорное устройство 126, содержащее цоколь 128, закрепленный на станине 108, и два поперечных бруска 130, параллельных относительно друг друга и цоколя и находящихся на расстоянии друг от друга, причем эти бруски 130 соединены с цоколем через плечи 132, 134, на которых находятся центральные части 138 опоры образца 110.
Цоколь 128 имеет форму параллелепипеда и предпочтительно закреплен плашмя в горизонтальном положении на станине 108. Своими двумя противоположными концами он соединен с нижними концами первых плеч 132, верхние концы которых соединены с центральными частями 138, на которых находятся опорные поверхности 148, причем эти центральные части 138 соединены с нижними концами вторых плеч 134, верхние концы которых соединены с концами поперечных брусков 130. Опорные поверхности 148 предназначены для взаимодействия с опорными поверхностями 124.
Первые плечи или нижние плечи 132 выполнены в количестве двух, при этом каждое плечо 132 соединяет конец цоколя 128 с нижним концом центральной части 138. В положении покоя эти плечи 132 являются по существу перпендикулярными к цоколю 128.
Вторые плечи или верхние плечи 134 выполнены в количестве четырех, при этом каждая центральная часть 138 соединена парой вторых плеч 134 с первыми концами поперечных брусков 130, противоположные концы которых соединены другой парой вторых плеч 134 с другой центральной частью 138. Вторые плечи 134 каждой пары параллельны и находятся на расстоянии друг от друга, при этом каждый поперечный брусок 130 и вторые плечи 134, соединенные с этим бруском, находятся по существу в одной плоскости. В положении покоя эти плечи 134 являются по существу перпендикулярными к брускам 130.
В положении монтажа, показанном на фиг.2, пластина 112 проходит между брусками 130, и образец 110 расположен между центральными частями 138 таким образом, что поверхности 124 образца 110 опираются на поверхности 148 центральных частей 138.
Как показано на фиг.3, во время испытания на усталость, даже если опорные поверхности 124, 148 образца 110 и опорного устройства 126 идеально параллельны и опираются друг на друга при запуске испытания, все же при деформации деталей эти поверхности могут сместиться и отойти друг от друга, что выражается в появлении угла размыкания α в контактной зоне.
Этот недостаток можно устранить благодаря способу оптимизации в соответствии с изобретением, который позволяет изменить опорное устройство и/или образец таким образом, чтобы угол размыкания α оставался нулевым в течение всего испытания.
Как показано на фиг.4, детали испытательного стенда и, в частности, опорное устройство, подвергаются действию усилий и испытывают деформации, которые в данном случае показаны в виде деформаций плеч 132, 134 опорного устройства 126, что выражается в раздвигании центральных частей 138 и опорных поверхностей 148 и может повлечь за собой риск появления угла размыкания α между этими поверхностями.
Как было указано выше, заявленный способ позволяет оптимизировать один или несколько параметров, в частности, переменных геометрических параметров испытательного стенда с целью лучшей реализации объекта. В данном случае ставится задача избежать появления угла размыкания α во ходе испытания, то есть этот угол должен оставаться нулевым. В данном случае переменным геометрическим параметром является положение зоны контакта, которое соответствует на фиг.4 размеру L между верхними краями брусков 130 и нижними концами плеч 134 (и по существу равно сумме длины плеч 134 и толщины брусков 130, причем эти размеры измерены в направлении, по существу параллельном продольной оси вышеупомянутой пластины 112).
Положение контактной зоны выражается в процентах общей длины L’ опорного устройства 126. Таким образом, положение Р контактной зоны равно соотношению (L/L’)*100.
В частности, заявленный способ состоит в определении вычислительным путем влияния измерения Р на угол размыкания α и в том, чтобы определить, при каком значении Р реализуется объект (α = 0). В рамках способа можно построить график, показанный на фиг.5, на котором диапазон изменения в находится в пределах [20% - 40%]. Отмечается, что угол α является нулевым примерно при Р = 27%. Следовательно, необходимо, чтобы зона контакта между образцом 110 и опорным устройством 126 испытательного стенда 110, показанного на фиг.2 и 4, находилась примерно на 27% общей длины опорного устройства, измеренной от поперечных брусков 130.
На фиг.6 и 7 показан другой стенд 100’ испытаний на малоцикловую усталость (LCF: low cycle fatigue), который был разработан и оптимизирован при помощи заявленного способа.
Этот испытательный стенд 100’ отличается от описанного выше стенда 100 тем, что его плечи 132, 134 наклонены относительно цоколя 128 и поперечных брусков 130, при этом верхние концы плеч 132 соединены, каждый, с нижним концом центральной части 138 в виде участка цилиндра, верхний конец которой соединен с нижними концами плеч 134. Плечи 132 являются по существу коллинеарными с усилиями сдвига, действующими на поверхности 124, 148, и плечи 134 являются по существу коллинеарными с нормальными усилиями, прикладываемыми к этим поверхностям.
Заявленный способ был применен с использованием следующих параметров в качестве переменных геометрических параметров: угол наклона каждого плеча 132, 134 (например, относительно цоколя 128), толщина различных частей опорного устройства 126, жесткость и длина плеч 132, 134. На фиг.6 и 7 стрелками 150-159 обозначены некоторые из этих параметров: стрелки 150, 152 показывают длину плеч 132, 134 соответственно, стрелки 154, 156 показывают высоту этих плеч 132, 134 соответственно, стрелка 158 показывает высоту или положение контактной зоны, и стрелка 159 показывает ширину цоколя 128 или опорного устройства 126.
На фиг.8 представлен испытательный стенд 200 для воспроизведения двух контактов лопатка-диск под нагрузкой малоцикловой усталости (LCF: low cycle fatigue) и многоцикловой усталости (HCF: high cycle fatigue).
Испытательный стенд 200 имеет все вышеупомянутые признаки стенда 100’, а также дополнительно следующие отличительные признаки.
Устройство 126 закреплено на станине при помощи детали 158 I-образной формы. Эта деталь 158 содержит два параллельных массивных блока 160, имеющих по существу форму параллелепипеда, которые соединены между собой гибкой стенкой 162, перпендикулярной к блокам. Цоколь 128 устройства 126 укладывают и крепят на одном из блоков 160, при этом второй блок крепят на станине 108.
Пластина 112 закреплена на средствах натяжения при помощи другой детали 164 I-образной формы, по существу идентичной первой детали 160. Один из блоков 166 этой детали 164 соединен с концом пластины 112 (противоположным образцу 110), а другой блок 166 соединен со средствами натяжения. Гибкие стенки 162, 168 I-образных деталей являются по существу компланарными.
Испытательный стенд 200 содержит средство высокочастотного возбуждения, такое как вибробарабан, которое опирается на I-образную деталь 164, соединенную с пластиной 112, например, на уровне соединенного с этой пластиной блока 166, и заставляет вибрировать пластину 112.
На фиг.9 в увеличенном виде показана зона контакта между образцом 110 и опорным устройством 126, показанным на фиг.8. Во время испытания на усталость важно, чтобы давление контакта между опорными поверхностями 124, 148 образца 110 и опорного устройства 126 было по существу однородным на всей протяженности этих поверхностей. Контактная зона может соответствовать по существу прямоугольной и плоской поверхности. Контактное давление считается однородным, если контактное давление Р1 на уровне нижнего края (в С1) контактной зоны по существу равно контактному давлению Р2 на уровне верхнего края (в С2) контактной зоны, то есть когда соотношение Р1/Р2 по существу равно 1. График на фиг.10 показывает изменение контактного давления Р (мПа) в зависимости от положения в зоне контакта, измеренной в миллиметрах, начиная от С1, в примере выполнения.
На фиг.11 и 12 представлен вариант осуществления заявленного способа, когда его применяют для одновременной реализации двух объектов: первым является вышеупомянутое отношение Р1/Р2, которое должно быть примерно равно 1, и вторым является амплитуда скольжения опорных поверхностей 124, 148, которая должна быть максимально большой.
На фиг.11 и 12 показаны ответные поверхности в результате ряда вычислений, то есть значение критериев оптимизации в зависимости от входных переменных параметров. Эти ответные поверхности позволят в дальнейшем предложить наилучший вариант из входных критериев.
На фиг.11 показано изменение соотношения давления (в Х) в зависимости от длины плеч 132 (стрелка 154 на фиг.7 - по Y (мм)) и от длины плеч 134 (стрелка 156 на фиг.7 - по Z (мм)). На фиг.12 показана амплитуда скольжения опорных поверхностей 124, 148 (по Х (10-4 м)) в зависимости от длины плеч 132, 134 (по Y (мм) и по Z (мм) соответственно).
Нижеследующая таблица показывает объекты этапов оптимизации заявленного способа.
| Длина плеч 132 (мм) | Длина плеч 134 (мм) | Амплитуда скольжения (м) | Соотношение давления Р1/Р2 | |
| Объект | Максимизация | Искомое целевое значение | ||
| Целевое значение | 1 | |||
| Степень важности | Верхняя | |||
| Вариант А | 99,951 | 79,953 | -0,00027375 | 0,83284 |
| Вариант В | 96,879 | 79,944 | -0,00025343 | 0,83521 |
| Вариант С | 81,903 | 79,918 | -0,00016705 | 0,99952 |
Интервалом изменения длины плеч 132 является [80,100]мм, и интервалом изменения длины плеч 134 является [79,80]мм. Каждый вариант А, В и С соответствует совокупности значений рассматриваемых параметров. Как было указано выше, в данном случае ставится задача максимизации амплитуды скольжения опорных поверхностей таким образом, чтобы соотношение давления Р1/Р2 было как можно ближе к 1. В рамках критериев важности отмечается, что объект соотношения давления превалирует над объектом амплитуды скольжения.
Отмечается, что варианты А и В позволяют получить относительно большую амплитуду скольжения и что вариант С позволяет получить соотношение давления, близкое к 1, при относительно хорошей амплитуде скольжения. С учетом степени важности объекта соотношения давления выбирают вариант С, то есть соответствующие значения длины плеч 132, 134 считаются оптимизированными значениями для реализации вышеупомянутого двойного объекта.
В случае, когда реализуемым объектом является частота вибрации, необходимо адаптировать стенд таким образом, чтобы обеспечить применение этой частоты, так как частота возбуждения или воздействия HCF не является постоянной. Воздействие HCF в основном регулируется геометрией и жесткостью опорного устройства 126 и в первую очередь геометрией и жесткостью пластины 112. Частота вибрации не регулируется и зависит от геометрии и от жесткости, например, опорного устройства 126 и пластины 112.
Способ оптимизации применяют по такому же протоколу, который был указан выше, с внесением изменений в параметры испытательного стенда. Затем просчитывают полное гармоническое поведение нового стенда и накладывают на искомый ответ. На фиг.13 представлен график, показывающий изменение амплитуды скольжения (Амп(м)) опорных поверхностей 124, 148 образца 110 и опорного устройства 126 в зависимости от частоты вибрации пластины 112. Кривая 202 отображает искомый гармонический ответ, и кривая 204 отображает гармонический ответ, вычисленный при помощи заявленного способа. Отмечается, что способ оптимизации стенда является эффективным и что технология испытательного стенда позволяет путем изменения параметров адаптировать гармонический ответ в зависимости от применения.
Способ в соответствии с изобретением можно осуществлять при помощи информативной системы, предназначенной, в частности, для осуществления вычислений оптимизации.
На последнем этапе заявленного способа реализуют опорное устройство и/или образец на основании фиксированных параметров и оптимизированных параметров для оснащения нового стенда или изменяют опорное устройство и/или образец существующего стенда на основании оптимизированных параметров.
Claims (15)
1. Способ оптимизации стенда (100, 200) для испытаний на малоцикловую усталость и, на многоцикловую усталость, при этом испытательный стенд предназначен для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, такой как опора по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора, и содержит опорное устройство (126), закрепленное на станине (108) и образующее по меньшей мере две опорные поверхности (148), и образец (110), соединенный со средствами (104) натяжения для приведения образца в положение опоры на опорную поверхность или каждую опорную поверхность опорного устройства, при этом способ содержит следующие этапы:
- определяют переменные параметры, в частности, геометрические параметры опорного устройства и/или образца, а также диапазоны изменения этих параметров,
- определяют по меньшей мере один объект для реализации или для оптимизации, при этом изменение по меньшей мере части вышеупомянутых параметров оказывает влияние на объект,
- изменяют одно или несколько значений вышеупомянутых параметров в их соответствующих диапазонах и определяют те значения, которые позволяют реализовать или оптимизировать объект, таким образом, чтобы идентифицировать оптимизированные параметры, и
- на основании фиксированных параметров и оптимизированных параметров реализуют опорное устройство для оснащения нового стенда или изменяют опорное устройство и/или образец существующего стенда на основании оптимизированных параметров,
отличающийся тем, что опорное устройство (126) дополнительно содержит две центральные части (138) соответственно с двумя опорными поверхностями (148), при этом со стороны, противоположной средствам натяжения, каждая центральная часть (138) соединена первым плечом (132) с цоколем (128) крепления на станине (108) и со стороны средств (104) натяжения - парой вторых плеч (134) с концами двух отстоящих друг от друга параллельных поперечных брусков (130), при этом противоположные концы брусков соединены другой парой вторых плеч с другой центральной частью, при этом среди переменных параметров в способе учитывают по меньшей мере один размер вторых плеч (134) каждой пары и/или угол наклона этих вторых плеч относительно соответствующего поперечного бруска (130) или относительно опорной поверхности (148) соответствующей центральной части.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переменные параметры включают в себя по меньшей мере один размер первых плеч (132), такой как их длина и/или их толщина, и/или угол наклона каждого плеча относительно цоколя или относительно опорной поверхности (148) соответствующей центральной части, и/или высота или длина между цоколем (128) и опорными поверхностями (148).
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что реализуемыми объектами являются параллельность и контакт опорных поверхностей (124, 148) между образцом (110) и опорным устройством (126), и/или максимальная амплитуда скольжения между этими поверхностями, и/или по существу однородное давление контакта между этими поверхностями.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что, когда поверхности (124, 148) образца (110) и опорного устройства (126) опираются по существу на прямоугольную зону, контактное давление считают по существу однородным, если соотношение между контактным давлением (Р1) на уровне нижнего края зоны и контактным давлением (Р2) на уровне верхнего края зоны примерно равно единице.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, когда стенд используют для испытания на малоцикловую и многоцикловую усталость и он содержит две детали (158, 164) I-образной формы с гибкой центральной частью, одна из которых соединяет опорное устройство (126) со станиной (108), а другая соединяет конец вибрирующей пластины (112) со средствами (104) натяжения, при этом другой конец пластины соединен с образцом (110), стенд дополнительно содержит средства возбуждения, взаимодействующие с I-образной деталью, соединенной с пластиной, чтобы заставлять вибрировать эту пластину по время испытаний, при этом реализуемым объектом является целевая частота вибрации пластины.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае определения по меньшей мере двух объектов по меньшей мере часть этих объектов распределяют по степени важности.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для оптимизации испытательного стенда, воспроизводящего опору по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора, опорные поверхности (124) образца воспроизводят опорные поверхности опорной шейки ячейки диска ротора, и опорные поверхности (148) опорного устройства (126) воспроизводят опорные поверхности ножки лопатки.
8. Опорное устройство (126), содержащее по меньшей мере две опорные поверхности (148), предназначенные для взаимодействия с опорными поверхностями (124, 148) образца (110) в испытательном стенде (100, 200) для воспроизведения опоры деталей газотурбинного двигателя, такой как опора по меньшей мере одной ножки лопатки на опорную шейку ячейки диска ротора, и для осуществления испытаний на малоцикловую усталость и, возможно, на многоцикловую усталость, при этом опорное устройство предназначено для крепления на станине (108), и образец (110) предназначен для соединения со средствами (104) натяжения для приведения образца в положение опоры на опорную поверхность или на каждую опорную поверхность (148) опорного устройства (126), при этом опорное устройство отличается тем, что дополнительно содержит две центральные части (138) соответственно с двумя опорными поверхностями (148), при этом со стороны, противоположной средствам (104) натяжения, каждая центральная часть (138) соединена первым плечом (132) с цоколем (128) крепления на станине (108) и со стороны средств (104) натяжения - парой вторых плеч (134) с концами двух отстоящих друг от друга параллельных поперечных брусков (130), при этом противоположные концы брусков соединены другой парой вторых плеч с другой центральной частью.
9. Опорное устройство по п. 8, первые плечи (132) которого являются по существу коллинеарными с усилиями сдвига, действующими на опорные поверхности (124, 148)), и вторые плечи (134) являются по существу коллинеарными с нормальными усилиями, действующими на эти поверхности.
10. Стенд (100, 200) для испытаний на малоцикловую усталость и на многоцикловую усталость, содержащий опорное устройство (128) по одному из п. 8 или 9, отличающийся тем, что его оптимизируют при помощи способа по одному из пп. 1-7.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1354436A FR3005734B1 (fr) | 2013-05-17 | 2013-05-17 | Optimisation d'un banc d'essai en fatigue oligocyclique ou en fatigue oligocyclique et polycyclique |
| FR1354436 | 2013-05-17 | ||
| PCT/FR2014/051124 WO2014184494A1 (fr) | 2013-05-17 | 2014-05-15 | Optimisation d'un banc d'essai en fatigue oligocyclique ou en fatigue oligocyclique et polycyclique |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015151400A RU2015151400A (ru) | 2017-06-22 |
| RU2015151400A3 RU2015151400A3 (ru) | 2018-03-06 |
| RU2665186C2 true RU2665186C2 (ru) | 2018-09-10 |
Family
ID=48980009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015151400A RU2665186C2 (ru) | 2013-05-17 | 2014-05-15 | Оптимизация стенда для испытаний на малоцикловую усталость или на малоцикловую и многоцикловую усталость |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9829420B2 (ru) |
| EP (1) | EP2997346B1 (ru) |
| CN (1) | CN105247339B (ru) |
| BR (1) | BR112015028284B1 (ru) |
| CA (1) | CA2911634C (ru) |
| FR (1) | FR3005734B1 (ru) |
| RU (1) | RU2665186C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014184494A1 (ru) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018214535A1 (de) * | 2018-08-28 | 2020-03-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Selbstoptimierendes Test-Verfahren und Test-Vorrichtung zum Durchführen des Test-Verfahrens |
| CN109520717B (zh) * | 2018-12-20 | 2020-10-20 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种发动机主轴疲劳试验载荷确定方法 |
| CN109470468B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-08-07 | 北京航空航天大学 | 一种涡轮榫接结构的高低周复合疲劳试验夹具 |
| CN112113731B (zh) * | 2019-06-19 | 2022-07-12 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 转子叶片高频振动疲劳试验夹具及其设计方法 |
| US11230926B2 (en) | 2019-12-09 | 2022-01-25 | Rolls-Royce Corporation | High cycle fatigue design for gas turbine engines |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1276937A1 (ru) * | 1976-01-04 | 1986-12-15 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Способ креплени турбинной лопатки с елочным хвостовиком на вибростенде при усталостных испытани х |
| US6250166B1 (en) * | 1999-06-04 | 2001-06-26 | General Electric Company | Simulated dovetail testing |
| US8408068B2 (en) * | 2008-02-25 | 2013-04-02 | Snecma | Device for testing the coating of a vane base |
| US8505388B2 (en) * | 2009-04-15 | 2013-08-13 | Rolls-Royce, Plc | Apparatus and method for simulating lifetime of and/or stress experienced by a rotor blade and rotor disc fixture |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0019434D0 (en) * | 2000-08-09 | 2000-09-27 | Rolls Royce Plc | A device and method for fatigue testing of materials |
| US6718833B2 (en) * | 2001-03-05 | 2004-04-13 | Adtech Systems Research, Inc. | Multiaxial high cycle fatigue test system |
| US6612181B2 (en) * | 2001-09-04 | 2003-09-02 | Jalees Ahmad | Method and system for determining crack nucleation of a part subject to fretting fatigue |
| FR2927997A1 (fr) * | 2008-02-25 | 2009-08-28 | Snecma Sa | Procede pour tester un revetement de pied d'aube. |
| CN102231170B (zh) * | 2011-03-31 | 2013-12-04 | 西北工业大学 | 一种涡轮叶片模具型腔的参数化定型方法 |
| CN102819651A (zh) * | 2012-08-20 | 2012-12-12 | 西北工业大学 | 基于仿真的单晶涡轮叶片精铸工艺参数优化方法 |
-
2013
- 2013-05-17 FR FR1354436A patent/FR3005734B1/fr active Active
-
2014
- 2014-05-15 US US14/890,498 patent/US9829420B2/en active Active
- 2014-05-15 CN CN201480028561.0A patent/CN105247339B/zh active Active
- 2014-05-15 RU RU2015151400A patent/RU2665186C2/ru active
- 2014-05-15 BR BR112015028284-9A patent/BR112015028284B1/pt active IP Right Grant
- 2014-05-15 CA CA2911634A patent/CA2911634C/fr active Active
- 2014-05-15 WO PCT/FR2014/051124 patent/WO2014184494A1/fr active Application Filing
- 2014-05-15 EP EP14729957.2A patent/EP2997346B1/fr active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1276937A1 (ru) * | 1976-01-04 | 1986-12-15 | Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря | Способ креплени турбинной лопатки с елочным хвостовиком на вибростенде при усталостных испытани х |
| US6250166B1 (en) * | 1999-06-04 | 2001-06-26 | General Electric Company | Simulated dovetail testing |
| US8408068B2 (en) * | 2008-02-25 | 2013-04-02 | Snecma | Device for testing the coating of a vane base |
| US8505388B2 (en) * | 2009-04-15 | 2013-08-13 | Rolls-Royce, Plc | Apparatus and method for simulating lifetime of and/or stress experienced by a rotor blade and rotor disc fixture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105247339A (zh) | 2016-01-13 |
| BR112015028284A2 (pt) | 2017-07-25 |
| US9829420B2 (en) | 2017-11-28 |
| RU2015151400A (ru) | 2017-06-22 |
| WO2014184494A1 (fr) | 2014-11-20 |
| RU2015151400A3 (ru) | 2018-03-06 |
| EP2997346B1 (fr) | 2022-09-14 |
| BR112015028284B1 (pt) | 2022-03-29 |
| FR3005734A1 (fr) | 2014-11-21 |
| EP2997346A1 (fr) | 2016-03-23 |
| CN105247339B (zh) | 2018-03-30 |
| FR3005734B1 (fr) | 2016-01-29 |
| CA2911634C (fr) | 2022-04-12 |
| US20160109344A1 (en) | 2016-04-21 |
| CA2911634A1 (fr) | 2014-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2665186C2 (ru) | Оптимизация стенда для испытаний на малоцикловую усталость или на малоцикловую и многоцикловую усталость | |
| RU2651615C2 (ru) | Стенд для испытаний на малоцикловую усталость или на малоцикловую и многоцикловую усталость | |
| US11119000B2 (en) | Fatigue testing of a wind turbine blade | |
| RU2627939C2 (ru) | Способ определения порога нераспространения усталостных трещин на высокой частоте | |
| Witek | Simulation of crack growth in the compressor blade subjected to resonant vibration using hybrid method | |
| CN105928676A (zh) | 具有阻尼块结构的阻尼失谐叶片-轮盘的振动测试装置 | |
| CN104568351A (zh) | 一种阻尼结构优化叶片测试实验台及其实验方法 | |
| CN104833590B (zh) | 岩石ii型断裂韧度测试方法 | |
| CN105651474B (zh) | 预应力混凝土整孔预制箱梁梁上运梁模拟加载试验方法 | |
| CN105067791B (zh) | 一种模拟高温合金超高周疲劳损伤的方法 | |
| JP2013104779A (ja) | フレッティング疲労試験治具、フレッティング疲労試験装置、及び、フレッティング疲労強度評価方法 | |
| JP5591718B2 (ja) | ベーン基部のコーティングを試験する方法 | |
| JP5265707B2 (ja) | ベーン基部のコーティングを試験するための装置 | |
| Witek | Crack growth simulation in the compressor blade subjected to vibration using boundary element method | |
| CN106769560B (zh) | 一种基于振动的工字梁力学参数无损检测方法 | |
| Weser et al. | Advanced experimental and analytical investigations on combined cycle fatigue (CCF) of conventional cast and single-crystal gas turbine blades | |
| Szczepanik et al. | Crack initiation of rotor blades in the first stage of SO-3 compressor | |
| CN106676238B (zh) | 一种轨道交通设备大型金属构件振动时效处理方法 | |
| GB2472193A (en) | Rotor blade test specimen | |
| RU2629919C1 (ru) | Способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины | |
| Witek | Stress intensity factor calculations for the compressor blade with half-elliptical surface crack using Raju-Newman solution | |
| CN218938029U (zh) | 一种基于振动台悬臂梁多试样弯曲疲劳试验系统 | |
| CN109554532A (zh) | 降低与均化道岔尖轨淬火后残余应力的振动时效方法 | |
| TWM384998U (en) | Leaf spring holder, suspension assembly and vabration shaker having the same | |
| RU2714535C1 (ru) | Способ вибрационных испытаний крупногабаритных деталей турбомашины |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |