Термоусталость рабочих и направляющих лопаток

Рассмотрим трехстержневую модель лопатки (рис. 23).

В начальном состоянии при температуре T_a внутренних напряжений нет. При прогреве стержень 1 прогревается быстрее, чем стержень 2. Температурные деформации стержней 1 и 2 будут равны соответственно

где T₁, T₂ – температуры материала стержней 1 и 2.

В стержне 2 напряжения малы, так как они имеют большие поперечные сечения. Будем считать, что полная деформация системы равна температурной деформации стержней 2, то есть

Силовые деформации в тонком стержне

В то же время силовая деформация

При прогреве в стержне 1 возникают сжимающие напряжения и пластические деформации (линия AB). В точке B деформация достигает максимального по абсолютной величине значения ε₁ (соответствует максимальной разности температур стержней 1 и 2). Затем происходит упругая разгрузка и пластическое деформирование обратного знака (линия BC). В точке C температура максимальна и равна T_c. Если ползучесть отсутствует, то во время стационарной работы напряженно-деформированное состояние лопатки не меняется. В результате прогрева в стержне 1 происходит знакопеременное пластическое деформирование: вначале на величину ε^p₁ (сжатие), а затем на величину ε^p₂ (растяжение).

При охлаждении происходит деформирование стержня 1 по линии CDE со знакопеременным пластическим деформированием: сначала на ε^p₃ (растяжение), а затем на ε^p₄ (сжатие).

Для циклически стабильного материала при последующих циклах нагружения процесс деформирования происходит по замкнутому циклу EBCDE с размахом силовых деформаций Δε=ε₂-ε₁ и размахом пластических деформаций Δε_p.

Если при температуре T_c материал подвержен ползучести, то напряжение в стержне 1 релаксирует (линия CF). В этом случае при охлаждении процесс идет по линии FDE, а все последующие циклы соответствуют петле EBCFDE. За каждый цикл материал стержня 1 претерпевает знакопеременную пластическую деформацию Δε_p на сжатие и Δε_p-Δσ/E – на растяжение.

Расчет параметров цикла и долговечности проводят по методике малоцикловой усталости.