С увеличением ресурса ГТД возрастает доля отказа, связанных с термоусталостным повреждением (КС, турбина реверсивное устройство). Они развиваются из-за напряжения, возникающих внутри материала в результате неравномерности прогрева на переходных режимах работы.
а) В упругой области постоянному размаху напряжения соответствует постоянный размах деформации Δξ.
б) В зоне расположения отверстий, галтелей, где упругопластическое деформирование.
в) В охлаждаемых лопатках турбин: при постоянном размахе внешних сил внутренние штырки, расположенные в охлаждающей полости лопатки, подвергаются циклической деформации постоянного значения Δξ, определяемая жесткостью оболочки лопатки.
Существует ряд эмпирических зависимостей, определяющих изменения несущие способность материала, работающего в режиме «нагрев-охлаждение». Зависимости Ленджера-Менсона. Коффино соответственно:
ΔΕp – размах пластической деформации; Е – модуль упругости;
Ψ – пластичность при статическом разрыве; N – число циклов до разрушения; σ-1 – предел усталости на базе 108 циклов.
Из рис.2.16. термоусталость подчиняется линейному закону суммирования повреждения. Сочетание со статической подгрузкой доля статического и циклических повреждений рассматриваются в нелинейной связи:
atα±aNβ=1
Линейно повреждается лишь сплав (ВЖ – 98), остальные – гиперболическому закону. Термоусталостная повреждаемость в реальных условиях – сетка мелких поверхностных в зоне конструктивных концентратов напряжений, что повышает вероятность развития трещин механической усталости.
Можно ли управлять термоциклической повреждаемостью?
Теоретически можно управлять термоциклической повреждаемостью концентратов напряжения, повышения жаропрочности и уменьшение коэффициента линейного расширения материала. В эксплуатации эти повреждения рассматривают как признак исчерпания ресурса. На ГТД – ограничивают число запусков, продолжительность работы на взлетном режиме (эти режимы наиболее повреждающие) – один запуск эквивалентен по повреждаемости 43 минутам. Работы двигателя на нормальном режиме – по отношению к лопаткам турбины.