Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Газоотражатель, как элемент стартового комплекса, периодически подвергается экстремальным газодинамическим нагрузкам. Согласно ГОСТ Р 51282–99 [1] расчет на циклическую прочность проводится при числе циклов нагружения конструкции более 105 за весь срок ее эксплуатации. Однако, агрегаты и системы, подверженные высокотемпературному газодинамическому воздействию испытывают все признаки малоцикловой усталости. Если число запусков ДУ 1 ступени считать за циклы нагружений, то их количество окажется предельно малым (n < 104).
В процессе эксплуатации фиксируются обширные повреждения на газоотражателях. Повреждения со временем способствуют состоянию, при котором устройство начинает представлять опасность для ракеты космического назначения (РКН). Разрушение отражателя несет дополнительные финансовые убытки на капитальный ремонт конструкции и отсрочку окон запуска полезной нагрузки.
Оценка долговечности конструктивных элементов металлооблицовки на этапе проектирования, позволит снизить финансовые и трудовые затраты на внеплановый ремонт [2]. В связи с этим для точного прогнозирования срока службы изделия, необходимо разработать такую модель возникновения дефектов, позволяющую учитывать сложные условия термомеханического нагружения и другие факторы, такие как нелинейная циклическая деформация.
На сегодняшний день разработаны различные модели разрушения конструкционных сплавов при циклическом термомеханическом нагружении. В деталях со сложной геометрией и сложными условиями работы (газоотражатели, переходные блоки, патрубки подачи воды) не может быть точно найдено аналитически напряженно-деформированное состояние. В этом случае используется численный анализ с помощью метода конечных элементов. Поэтому, особый интерес представляют модели, которые можно использовать в численном трехмерном моделировании в программных комплексах. Одной из таких моделей поведения материала является комбинированная модель ползучести и усталости Шабоша (Chaboche) [3, 4]. Данная модель состоит из трех частей: определяющее соотношение упругопластичности, эволюционные уравнения центра поверхности текучести, критерий прочности поврежденного материала. В качестве критерия образования макротрещины выступает условие достижения величины поврежденности своего критического значения.
Анализ долговечности проводится для модельного двухскатного газоотражателя со сменной вершиной. Требуется определить количество циклов нагруженний газодинамической нагрузкой. Материал детали Сталь 20.
В программном комплексе ANSYS была построена конечноэлементная модель детали газоотражателя. Далее через модуль n’Сode были заданы усталостные характеристики материала Сталь 20. Определено число циклов нагружения перед появлением макротрещины.
Дополнительно исследовалось влияние предварительного нагрева нижних холодных участков листов облицовки на усталость материала деталей.
Полученные результаты можно использовать для прогнозирования разрушения деталей газоотрожателей после определенного количества пусков. Использование данной методики в проектировании наземного технологического оборудования позволит повысить надежность деталей, подвергающихся газодинамической нагрузке.
