Рисунок 19 Схема приложения нагрузки для расчета напряженного состояния проушины и конечно-элементная модель

F - площадь поперечного сечения проушины. Для оценки запаса по несущей способности напряжения (23) сравнивают с пределом прочности материала.

При действии нагрузки в штатных условиях полета распределение напряжений в проушине неравномерно. Наиболее полный учет особенностей геометрии проушин (сферических поверхностей, буртов и пр.) и контактного взаимодействия деталей под нагрузкой возможен при расчете методом конечных элементов. На Рис. 19 показана геометрия (а) и конечно-элементная модель (б) для расчета НДС проушины с втулкой. Результаты расчета напряжений в проушине тяги представлены на Рис. 19, в. Максимальные напряжения, полученные с помощью конечно-элементного расчета, имеют место на внутренней сферической поверхности проушины и превышают среднее значение по (23) примерно в два раза.

Стремление к повышению экономичности двигателей, предопределенное жесткой конкуренцией в области газотурбинных технологий, ведет к постоянному повышению температур и нагрузок, действующих на детали и узлы ГТД. В этих условиях обеспечение высоких показателей надежности, безопасности эксплуатации, ресурса должно идти как по пути разработки новых материалов и технологий, так и по пути совершенствования методов прочностного анализа и ресурсного проектирования.

С появлением современных численных методов расчет напряженно-деформированного состояния деталей ГТД может проводиться с достаточно высокой точностью, однако это не означает автоматически решения с такой же точностью всей задачи прочностного анализа. Должны быть решены еще две проблемы.

Первая из них – точное определение исходных данных для расчета напряженного состояния - нагрузок и температур. Детальный пространственно-временной анализ нагрузок, особенно динамических, представляет собой сложную мультидисциплинарную задачу, требующую тщательного исследования взаимодействия газодинамических и тепловых процессов. Расчет температурных полей, определяющих температурные напряжения, должен проводиться с высокой точностью, что также требует подробного газодинамического анализа. Во многих случаях для решения этих задач недостаточно только расчетов, требуется проведение сложных дорогостоящих экспериментов.

Вторая проблема – выбор критериев прочности и оценка надежности и ресурса по имеющимся напряжениям. Проблема состоит в недостаточном объеме информации о поведении материалов, процессах разрушения при реальных условиях нагружения и эксплуатации. Единственным, по существу, путем решения этой проблемы является проведение большого объема экспериментальных исследований.

Традиционная методология обеспечения прочностной надежности и обоснования ресурса ГТД всегда включала в себя большой объем экспериментальных исследований на натурном полноразмерном двигателе в условиях стендовых и летных испытаний. В частности, проводился большой объем дорогостоящих эквивалентно-циклических испытаний. Это - так называемая первая стратегия управления ресурсом. При ресурсах в десятки тысяч часов эта стратегия становится неприемлемо дорогой. Поэтому в мировой практике двигателестроения в последние годы основной объем ресурсных испытаний переносится на испытания отдельных узлов и деталей на специальных установках (вторая стратегия). В перспективе предполагается еще более радикальное изменение методологии - постепенная замена испытаний натурных деталей и узлов расчетами и испытаниями материала на образцах (третья стратегия). Новая методология предполагает также эксплуатацию двигателя по техническому состоянию (а не по выработке назначенного ресурса), когда решение о продлении ресурса принимается на основании периодического контроля состояния основных деталей.