Новости

✅ Надежность газотурбинных двигателей во многом зависит от прочности ключевых компонентов, включая турбинные диски, работающие в экстремальных условиях под действием высоких температур, механических воздействий и циклических нагрузок. В Пермском политехе разработали модель, которая позволит определять эффективную для эксплуатации зеренную структуру диска; об инновации сообщила пресс-служба вуза. 

❗️ Турбинные диски изготавливаются из жаропрочных сплавов, однако даже эти материалы подвержены износу из-за постоянных механических нагрузок и термического воздействия. Как объяснили ученые, любой металл имеет зеренную структуру, то есть на микроуровне состоит из множества кристаллических элементов – зерен. От их распределения и размера зависят свойства материала – прочность, пластичность, устойчивость к температурам, силовым нагрузкам и т. д. Все элементы конструкции диска испытывают разные воздействия, что чревато неупругими деформациями, трещинами и даже мгновенным разрушением турбинных дисков, которое приведет к непригодности всего двигателя. 

⚡️Исследователи спроектировали градиентную структуру зерен, от 30 мкм вблизи ступицы до 50 мкм у обода. Мелкие повышают статическую и усталостную прочность, что важно для зоны высоких напряжений, а более крупные улучшают сопротивление ползучести и трещинообразованию в зоне контакта с высокими температурами. После этого были проведены сравнения для дисков с 2 вариантами структуры: однородной, когда зерна имеют преимущественно одинаковый размер по всей детали, и градиентной, когда он целенаправленно изменяется в разных частях диска.

«Результаты показали, что градиентный вариант обеспечивает больший запас статической прочности – это значит, что напряжения в критических зонах перестали достигать опасных значений. Также это улучшает усталостную прочность детали – время до разрушения увеличилось, а накопление повреждений снизилось. Для градиентного диска максимальные напряжения составили 435 МПа у ступицы и 330 МПа у обода, что ниже критических значений», – прокомментировал ассистент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов», младший научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов Кирилл Романов.

🙃Также была осуществлена проверка устойчивости модели к отклонениям параметров: ученые выяснили, что модель остается стабильной в том числе при колебаниях температуры и размера зерен, что подтверждает ее надежность.