Комп’ютерне моделювання довговічності елементів гідротурбінного обладнання за наявністю дефектів типу тріщин

Abstract

Вивчено довговічність елементів проточної частини гідротурбін при наявності дефектів у вигляді ланцюжка тріщин під дією циклічного навантаження. Визначено кількість циклів навантаження, при якому тріщини підростають до критичних розмірів, і відбувається руйнування. Для визначення критичної кількості циклів використана модифікована залежність Періса. Для елементів конструкцій, ослаблених періодичною системою колінеарних тріщин, береги яких навантажені довільним навантаженням, що розтягує, отримано гіперснгулярне інтегральне рівняння щодо переміщень берегів тріщини. За розв’язанням цього рівняння обчислюється коефіцієнт інтенсивності напружень. Дана оцінка часу до руйнування для елементів конструкцій з тріщинами різної початкової довжини.

The longevity of the turbines flow element in the presence of defects in crack chains under cyclic loadings is studied. Estimation of durability for flowing part elements of hydroturbines in presence of defects like a chain of cracks under cyclic loadings is accomplished. The fatigue life estimation consists of the number of cycles before the crack appearance and the number of cycles of crack propagation. The time of the crack to be of the critical size depends on the level of stress in the crack zone, its orientation relatively to stress direction, mechanical properties of the base metal, as well as the crack initial size (length and depth). This time is used to determine the durability of the structure and the terms of inter-repair periods. Taking into account that during operation the elements of hydroturbines are influenced by a number of factors associated with their work (corrosion, cavitation, erosion), note that the loading as well as stresses and deformations can not be determined by using simple analytic dependencies. With the developing advanced computational technologies and computers of new generation it became possible to elaborate reliable methods for evaluating the probability of defective elements destruction. The main purpose of this study is to develop a method for assessing the durability of structural elements in the presence of cracks under cyclically variable loads, which allows us to find out how many cycles are necessary for defects in the chain grow to the unacceptable sizes, as well as determining the critical size of initial defects. The number of load cycles is determined when the cracks grow to their critical sizes and destruction occurs. To determine that critical number of cycles, the modified Peric's dependence is used. A hypersingular integral equation for the crack displacements is obtained. The analytical solution of this equation is received. Using this solution the stress intensity factor included in the Peris criterion is calculated. The estimation of time before fracture for elements of structures with cracks of different initial length is given. Various cases have been studied: when cracks in the chain merge, and when cracks propagation does not occur.