Макрофеноменологическое моделирование с целью поиска эффективной для эксплуатации зеренной структуры диска газотурбинного двигателя

Аннотация

В работе рассмотрен вопрос влияния среднего размера зерна на комплекс прочностных характеристик диска турбины газотурбинного двигателя из сплава Inconel 718. Для конструктивно-подобного элемента в условиях стационарного режима работы двигателя поставлена и решена начально-краевая задача по определению полей температуры, деформаций и напряжений. Примененная модель материала позволяет учесть зависимость усталостных свойств и предела пластичности материала от среднего размера зёрна. Проведён ряд численных экспериментов, в которых задавалось градиентное и однородное распределение размера зерна по радиусу диска, проверено выполнение статического и кинематического усталостного критериев прочности для различных областей детали. Результаты численного моделирования показали, что градиентное распределение зёрен по размеру – от 30 мкм вблизи ступицы до 60 мкм вблизи обода – в рассматриваемых условиях показывает лучшее сопротивление усталостной прочности, а обеспечивает больший запас по статической прочности по сравнению с однородным по конструкции средним размером зерна. Проведенный комплексный анализ показал устойчивость разработанной модели к возмущениям ключевых параметров воздействия (температуры) и состояния структуры (размера зерна).