מבוא ל Fatigue ב High-Speed Rotors

רוטטורים מהירים הם הלב של מערכות הנדסיות מתקדמות רבות, ממנועי טורבינות גז ומטוסים יחידות כוח עזר לדחוסים תעשייתיים ומנועים חשמליים ביצועים גבוהים. רכיבים אלה פועלים תחת מהירויות סיבוב קיצוניות, לעתים קרובות מעל עשרות אלפי מהפכות לדקה, יצירת השלכות אינטנסיביות של כוחות תחזוקה ושדות מורכבים של כוח סטריפג, אשר מתרחשת תחת עומס מחזורי חוזר אפילו מתחת לעוצמה סטטית של כוח אחד, כולל מנגנוני תחזוקה אינטנסיביים של כוח לא פחות או מנגנוני אבטחה אחד בלבד.

המחקר של עייפות ברוטבים מהירים מקיף מגוון רחב של תופעות פיזיות, מתהליכים חומרים מיקרוסקופיים לדינמיקה מבנית מאקרוסקופית. מהנדסים חייבים לשקול לא רק את מנגנוני העייפות הסטנדרטיים שנראים במרכיבים נייחים, אלא גם אתגרים ייחודיים שהוצגו על ידי סיבוב: לחצים גבוהים מעומסים צנטריפוגיים, מתחים רוטטטיביים מאווירדינמיים או אלקטרומגנטיים, ⁇ תרמיים הגורמים להתרחבות, והשפעה של טכנולוגיות מהירות ומהירות זו מספקת, לשיטות מחקר רלוונטיות, ופעולות ממתחים, ופעולות ממתחים, ואפקטים, ואפקטים, וטכניקות של השפעה תעשייתיות, ואפקטים, וטכניקות של כוח מתקדמות.

מנגנונים שומניים

(ב) ניתן לסווג באופן נרחב על ידי מספר המחזורים לכשלון והטבע של הטעינה. שני משטרים קלאסיים שולטים בעיצוב רוטטור: FLT:0-מחזור עייפות מסיבית של מחזור 1 ו-FLT:2low-מחזורי עייפות ממחזור 3 (בנוסף, FLT:4thermalעייפותFLT:5 הוא מנגנון ייחודי ברוטב לטמפרטורה סגורה, כמו שינויים בדיסקולריים.

High-Cycle Fatigue (HCF)

עייפות גבוהה של מחזורי מתח רבים - באופן אטי יותר מ 10earFLT:0 ;0 HCFreas 1 ל 10FLT:25FLT 3 מחזורים - ברמות מתח מתחת לחוזק התשואות, לעתים קרובות במשטר הגמישות.ב ⁇ מהירה גבוהה, HCF בדרך כלל מונע על ידי רטטים חוזרים.

נמוך-Cycle Fatigue (LCF)

עייפות של מחזור נמוך מתרחשת תחת מתח גבוה יותר מאשר כי לגרום עיוות פלסטיק משמעותי באתרי ריכוז הלחץ, המוביל לכישלון במחזורים מעטים יחסית (בדרך כלל פחות מ 1003FLT:0403) LCFLT:1) ברוטורסטור הוא קשור עם אירועים חמורים מחזורי פרישה: מנוע מתחיל הפסקה, הפסקות כוח, ושבת חירום.

עייפות תרמית

עייפות תרמית מסיבית מתעוררת מן הלחץ הקרדימי המושרה על ידי וריאציות טמפרטורה. ב רוטורים במהירות גבוהה, אלה ⁇ להתרחש במהלך פעולות transient: דיסק טורבינה רואה חימום מהיר מ ingestion גז חם, בעוד שטור המנוע עשוי לחוות חימום ג'אול קירור.ההתרחבות שונה בין פני השטח החמים ליבת מייצרת זנים מחזוריים תרמיים.

סיקור ותעמולה

תהליך העייפות מתואר באופן אוניברסלי בשני שלבים: סדקים והפצת סדק.כל שלב יש מנגנונים נפרדים ושליטה פרמטרים.

אתרי Initiation ו-Mechanisms

התכתק ברוטבים מהירים מתרחשת בדרך כלל על העלאת מתח.אתרי חניכה נפוצים כוללים שריטות משטח, סימני מאצ'ינג, הכללות לא-מטאליות (למשל, תחמוצות, סולפטים), גבולות דגנים במיקרו-מבני קורקמה מורכבים, ושרירים תת-קרקעיים מונעים מעומסים חשמליים או חללים חוזרים, עיוותים מפלסטיק מקומי מתרחשים באתרים אלה, מובילים להיווצרות של להקות סטריליות (בדרך כלל) אשר הפכו ל-מסטרים קצרים של חומרים המבוססים על ידי ניקל-מסטרויאליים (מסטרויאליים).

במהירויות מאוד גבוהות של סיבוב, כוחות צנטריפוגאל כופים מתח גדול, אשר יכול לדכא את הסגר של סדקים קטנים ולקדם צמיחה מוקדמת יותר. יתר על כן, משיכת הממשקים של החזקות להב או התאמה יכול ליצור אתרי יזום מרובים.נוכחות של סביבה קורוזית (למשל, חמצון בטמפרטורות גבוהות) יכול להאיץ על ידי יצירת תחמוצת רוח רפאים כי תחת עומס.

חוק פריז ו Threshold

(ב) לאחר שפרץ השקיעה ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1966]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1966]]]], [[1924]], [[1966]]]]]]]] [[1966]]]]]], [[1966]]]]]]]] [[1966]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1966]]]]]]]]]] [[[[1966]] [[1924

הפיצול ברוטבים הוא לעתים קרובות אנטרופי בשל הכיוון הזייף או הגלגול.לדוגמה, ברוטב פלדה, סדקים נוטים להפיץ מהר יותר בכיוון הרדיאלי מאשר בכיוון האקסלי בגלל האינטגרציה.בטמפרטורות גבוהות, אינטראקציה רפיח-פאטיג יכול להאיץ את ההתפשטות, כפי שנראה בטורפות. "שיטות מודרניות למניעה" כיעילות על מודלים מדויקים והימנעות מדגמיקים מדויקים של מודלים של תחליפיים.

גורמים המשפיעים על חיי עייפות

נכסים חומריים

החיים העייפות של רוטטור מהיר הוא מוגבל ביסודו על ידי התכונות הפנימיות של החומר: כוח רבייה, דוקטריות, שבר, נוקשות, הגבלת עייפות, והתנגדות זחילה, עם זאת, המיקרו-מבנה ממלא תפקיד חיוני באותה מידה. חומרים עתיר-גלויים בדרך כלל להציג עמידות מוגברת של עייפות, כי גבולות דגנים פועלים כחסמים ללקות וצמיחה.

המונחים:

מהירות רוטציה קובעת ישירות את רמת הלחץ הצנטריפוגג. מהירויות גבוהות יותר להגדיל את הלחץ הממוצע ולהגדיל את ההשפעה של מתחים אינפורמטיביים.תדירות הרטט גם משנה: למרות שמספר המחזורים הוא הנהג העיקרי, תדרים גבוהים מאוד (טווח גלקסיות) יכולים לשנות מנגנוני צמיחה סדקים עקב חימום רדיפטוני מקומי בחוד החנית של עומס.

ייצור ויציבות חיצונית

פני השטח של רוטטור הוא המיקום הפגיע ביותר עבור סימני עייפות.מממינג, שחיקה כוויות, ונזק תת-קרקעי מפרמטרים חיתוך לא מספיק יכול להפחית את החיים באופן דרמטי (Ra, Rz) מתואמים באופן הפוך עם אתרי עייפות להגביל את הדימום (ללא הצצה) משמש נרחב כדי להציג מתחים חמורים על פני השטח, אשר מפחית את היעילות של לחץ דם ועיכובים, אבל הצצה אל תוך כדי אופטימיזציה עצמית (או מצופה) כגון צמיגים) עלולים (מחץ) עלולים הצצה) ציפויים (מדומים (מדומים) עלולים להיות הצצה) ציפויים (מחץ ציפויים) ציפויים ציפויים (מחץ ציפוי ראייה ציפוי) או ציפויים) או ציפוי לחץ דם) כדי ציפוי ראייה ציפוי) ציפוי) באופן נרחב משמש באופן נרחב כדי הגנה מפני שינויים חסימתיקים (מחץ ציפוי) ציפוי) או מטושטשים (מחץ ציפוי) ציפוי ראייה ציפוי) באופן נרחב) ציפוי) יכול לשמש באופן נרחב כדי ליצור מתחמיצים לחץ דם בלתי רצויהת) כדי להפוך למכשולים דלקתיים (מחץ

השפעות סביבתיות

רוטורים מהירים פועלים לעתים קרובות בסביבות אגרסיביות.ב טורבינות גזים של גזי הדבקה מכילים מינים חמצון (OveFLT:0203FLT:1, HIRLT:2FLT 3O) ואלמנטים קורוזיביים בפועל (sulfur, ⁇ ) יכול בדרך כלל לייצר שכבות תחמוצת מים כי יכול לפצח בקלות תחת לחץ אווירי, הן לטבוליות כוח המניעה על ידי גירוי חשמלי.

כישלון שומני ב- Specific Rotor Components

גז טורקי ברדס

להבים Turbine הם אחד המרכיבים העייפות ביותר ברוטב המהיר גבוה.הם חווים בשילוב צנטריפוג, bending, ו מדגישים torsional, בתוספת גירוי אווירודינמי גבוה מ stator מתעורר. HCF הוא מצב הכשל הדומיננטי, לעתים קרובות initating את הלהב או מוביל / רצועות חולשות.

דיסקים

דיסקים קומפרספרסוניים ב-Aero-engines פועלים בטמפרטורות נמוכות (עד -600 מעלות צלזיוס) אך תחת לחץ צנטריפוגי גבוה. LCF בשל מחזורי התחלה-stop הוא הדאגה העיקרית.דיסקים בדרך כלל מזוהים מסגסוגת טיטניום גבוהה (למשל, Ti-6Al-4V) או ⁇ s המבוססים על ניקל.

מנוע מהיר / High-Speed Motor Shafts

מנוע חשמלי רוטטורים ביישומים מהירים (למשל, ספינים, טורבים, גלגלי זבוב) פנים עייפות עקב לחצים צנטריפוגיים וכוחות אלקטרומגנטיים.החוויות פיר לעתים קרובות לשנות את ה Bending (מחוסר איזון או חוסר איזון המוני) ולהציג רטט מ- Balarque ript. Fatgue בדרך כלל יוזם במחשוב, קווי מגנטיים או מכווץ חומרים מתקדמים (מתאים) הם בדרך כלל מתחמי פלדה מתוחכמות גבוהה יותר.

אסטרטגיות עיצוב ועיצוב

בחירה ותהליכים

בחירת חומר עם עמידות עייפות גבוהה היא קו ההגנה הראשון. עבור רוטטורים עתירי זמן גבוהה, אבקת מתכת פלוגרגי superalloys מציעים ניקוי מעולה ודגנים בסדר גודל. תהליכי ייצור פלדה מתקדם (vacuum arc remelting, אלקטרוסל remelting) להפחית את התוכן הכללה.הטיפול המrmomechanical (לגיבוד + חום) אופטימיזציה ליישר עם כיוונים ראשיים דלים, למנוע סיבים מורכבים.

שיפורים

יריה הצצה, זעזוע לייזר הצצה (LSP), ומשטח מתגלגל מעורר מתחים עמוקים דחיסה כי משפר את חיי העייפות.LSP הוכח לשפר את חיי HCF ב דחיסות טיטניום על ידי גורם של 10 או יותר. . . . ריצוף כגון diffusion aluminides לספק עמידות חמצון אבל יש ליישם עם עובי מבוקר כדי למנוע סדקים עבור פירים חשמליים, , , מהירויות קשיחות (מחץ) נוקשות) , עייפות קשה.

אופטימיזציה

ריכוזי מתח מיניים באמצעות הגשמה נדיבה קורני, שינויים פתאומיים, וחיסול של הקצוות חדים הוא יסוד.אנליזה אלמנט יסוד פינטיט (FEA) בשילוב עם ניתוח עייפות מחזורית גבוהה (למשל, גישת S-N, Dang Van criterion) הוא סטנדרטי. עבור רוטטים רגישים רטט, להבה (introing הבדלים קטנים בין להבים) להפחית חיכוך אדפטי או חומרים "מחץ" (מחץ" (reconating) הם חומרים לחים) תחת "מחץ" (חומרים רגישים לשרירים) על ידי גירוי (מסוגים) חומרים לחים) או "מסוגים) על גבי חומרים לחים (מנקה (מנקה (מנקה (מנקה) על גבי חומרים "מנקה) על גבי חומרים "מנקה (מנקה) חומרים "מסוגים) על ידי ציפוי" (מסוגים) הם חומרים "מסוגים" (מסוגים) על גבי חומרים "מנקה (מסוגים) חומרים "מנקה (מנקה" (מנקה" (מנקה) חומרים "מנקה" (מסוגים יעילים) על ידי ציפוי" (מסוגים) הם חומרים "מנקה) על ידי ציפוי" (מנקה

הערכה ובדיקה

בדיקות לא הרסניות רגילות (ultrasonic, eddy הנוכחי, פלואורסנט הפין) הן חובה עבור רוטורים קריטיים בטיחותיים. טכניקות מתקדמות כגון ניטור פליטה אקוסטי במהלך ניתוח יכול לזהות צמיחה סדק בשלב מוקדם. מערכות ניטור בריאות רוטר משלבות חיישנים רטט, בדיקות טמפרטורה, וניתוח debris שמן עכשיו לספק אבחון בזמן אמת.

מחקר וכיוונים עתידיים

(המחקר המתמשך נועד להבין מנגנוני עייפות בקנה מידה קטן יותר ובתנאים מציאותיים יותר.לדוגמה, מודלים מיקרו-מכאניים של ®FLT:1 עבור עייפות סדקים מן הכללה הם מעודן באמצעות סימולציות של אלמנטים סופיים מפלסטיק (FLT:2חדש) חומרים גמישים של טיפול תרופתי (Holice-FLT3) עבור חישובים מורכבים עבור תכונות מתקדמות של חומרים חיזוי חום-זמני (Ricial)

מסקנה

עייפות ברוטבים מהירים היא בעיה רבת פנים מושרשת באינטראקציה של מדע חומרי, מכניקה ותנאים תפעוליים.מלהקות החלק המיקרוסקופיים כי ליד סדק לרטט המאקרוסקופי שמניע אותו לכישלון, כל מנגנון חייב להיות מובן ולשלוט.הבחנה בין מחזור גבוה ועייפות מחזור נמוכה, את התפקיד של ⁇ תרמי, ההשפעה של מצב, ואת המורכבות של כל צורות החיים מתקדמות, למנוע עלייה משמעותית של עיצוב, למנוע את תהליכי ניהול פני השטח.