Введение к работе
Актуальность работы. Акустическую эмиссию (АЭ), т.е. испускание объектом акустических волн при нагружении широко нсполыуют лля опенки прочности изделий. Однако в литературе нет сведении о корректности АЭ-способов количественной сценки прочности керамического изделия при повышенных температурах, когда использование керамики наиболее эффективно, например, в энергетических установках. В частности, изготовление частей газотурбинного агрегата (ГТА) из керамики н повышение его рабочем температуры приводит к увеличению коэффициента полезного.действия с 26 до 45%. Из керамики изготавливают сопловые и рабочие турбинные лопатки, соплозые аппараты, жаровые трубы ісамер сгорания н другие детали ГТА, а также некоторые детали магнитных гидродинамических генератсроз и ядерной техники. Применение керамики для энергетических установок целесообразно из-за ей низкой стоимости, высокой жаростойкости и высоко?* по сравнению с металлами коррозионной стойкости, что позволяет уменьшит», расход дефинитных материалом (мигелч, хрома, кобхчьта) и использовать низкосортное топливо. H::;ct одная жономн-і п США за счет применения керамических газотурбинных двигателей достигает 5-Ю1" доллзроп.
Однако неоднородность и дефектность структуры керамики прнзодит к
существенному рассеянию показателей прочности и к во?мо;::моста
неожиданною разрушения изделия. Устранить этот недостаток мо::з:о
заменой выборочного разрушающего семтроля стопропе'ггтім
п.с разрушающим контролем прочности керамических изделий. Методи,
основанные на регистрации АЭ, позволяют без сканирования обіг.ру::агп.
дефекты изделия, набл;олатъ динамику разічгпія локального или.
рзесосредоточенного погребении под еоздспстенєм фагсгороп, ггрнсод'шпгс к отсазу. Из литературы изаестно, что отбраковка 13% наименее прочти кс-р'-ичческих изделий мог;ет повысить гремя безотказной работы озгаашнхел бтчк чем я 1000 раз.
Цель рзПоїн: сспер'іі;с!!Стаосга!і:з неразрушагспднх акуспгсо-змнесчонннх способе.-; и it:; челользепанне для прогнозирования сремснм задерганного рззпутигнн.я керамического изделия при разных температурах.-Решение этой задач:: позволит произпсдіггь разбрзког,ку керамтітескітх изделий по ресурсу с учетом релагма предстоящей работы и позыснть наличность изделий а эксплуатации.
Научная ногнппа. Экспериментально доказано, что для гмрг.:шгсС!"сго изделия при заданной схеме нагру^еция существует та::оп урозепь погрузи: us без превышения которого да/:е после I07 циклов нггруг:енгл сі::пас::і;з Lo
4 не превышает 0,5%. r>ro обстоятельство позволяет считать Ь> максимальной неразрушающсй нагрузкой, а напряжение о<>, отвечающее L, при линейном напряженном состоянии, - пределом длительной прочности По акустическим сигналам, сопровождающим раирузку изделия, удается оценить максимальное значение наїрузки Ці для конкретною изделия в условиях изгиба с поірешностью не более 2% при доверительной вероятности р = 0,95 Для исследованных керамик жеперименгально выяснено, что при увеличении температуры от 245" К до 1473" К значение 1« конкретного изделия если и увеличивается, то не более, чем на 1% .независимо от того, есть ли при этом переход от хрупкою разрушения к вязкому или нет. Длительными статическими и усталостными испытаниями доказано, что при стационарном режиме наїружения максимальным напряжением о переход от .о = const к о/а» = const снижает раїброс долювечносгей от 6 порядков до одного десятичного порядка Столь тесная связь долговечности и отношения o/oti представляет собой реальную базу для оценки ресурса конкретною изделия после определения Lo неразрушающим экспресс-методом.
Сопоставлением результатов длительных испытаний установлено, что зависимость произведения квадрата максимального напряжения на значение долювечностн о! ІЛчі или о/со оказывается обшей для растяжения, сжатая, изгиба, кручения как при статическом нагружении, так и при циклическом. Причём параметры зависимостей долговечности от L/Lo при циклическом и статическом нагружении связаны стабильным для разных керамик соотношением. При статических испытаниях с отношением IVLo, незначительно превышающим 1, долговечность to исследованных керамик с условиях комнатной температуры не превышала 120 дней. Образцы, неразрушившнеся на этой базе, не разрушаются и при увеличении базы испытаний в 10 раз. При 363 К т» не превышает часа, а изделия, прошедшие эту базу, проходят базу в 300 раз большую. Создается впечатление о to как о пороговой долговечности.
С помощью разработанных неразрушающих АЭ-методоа установлено, что при изгибе керамического изделия в разных направлениях значение разрушающего напряжения ср и максимального неразрушающего напряжения Он может меняться в 10 раз. Отношение Ор/о0 может меняться от 1,06 до 4,5 и зависит от продолжительности задержанного разрушения сдвигом до его завершения отрывом.
На защиту выносятся. Выбор подходов к решению задач. Обоснованно новых экспресс-методов неразрушающего контроля длительной и кратковременной прочности керамического изделия (преимущество п перспективность использования АЭ прн разгрузке). Методика использования этих способов для тех исследований процесса разрушения керамики, которые
5 практически невозможны разрушающими метолами (в частности, целесообразность нормирования нагрузки или напряжения при длительных испытаниях керамических изделий с учеюм значения \л, или о») Указанные выше злементы научной новизны и перечисленные ниже практически важные аспекты рабЧгты
Практическая ценность. Созданы два новых, более надежных по сравнению с итестными, неразрушающнх зкепресс-метола оценки раїрушаюшей нагрузки 1Т при кратковременном монотонном нагруженнн. Первый способ зффектнвен для изделий, в которых развитие наиболее опасного дефекта начинается при напряжении, не достаючном для интенсивною рассікредоюченноіо микрорасгрескивания вне фронта опасною дефекта Второй способ эффективен Для излелий, в которых рассосредогоченное интенсивное микрорастрсскиванис начинается при напряжении, не достаточном для старта наиболее опасного дефекта Способы успешно использованы как для контроля прочности малогабаритных турбинных лопаток из керамики на основе окисн алюминия, так и при контроле трехметровых керамических строительных панелей с кварцевой крошкой до 7 мм В обоих случаях погрешность оценки І^не превышает 10% при р = 0,45 Снижение прочности изделия в результате контроля не превышает 4% Однако прочность изделия в результате контролі молст не только снижаться, но и заметно повышаться.
Создан Л') зкепресс-метод определения максимальной нагрузки U, иг
разрушающий изделия при длительном воздействии. Этот метод поззоляет
оценивать нагружу Ь, даже тех изделий, у которых в процессе увеличения
ішрузкті Л') отсутствует п енлу эффекта Кайзера нэ-зз предварительной
перегрузки Дока юно, что баловал зависимость долговечности от L/Lo,
полученная, например, при стзткческом гпгнбе, мохсет бить использована для
прогнозирования долговечности при растяжении, сжатии, кручении и при
циклическом нагруженнн. Предложена методика пропюзнропакня
долговечности конкретного изделия при стационарном рїгаїмс натрушення с
учетом температурного фактора. ^
П.чгдрсгпге ргзультатоа работм подтвгрвдгно гктачн нсполыогптпи изобретений (способов контроля прочности) с экономическим эффектом 23СООО рублей а год в масштабе цен 1991 года.
Апробация рг.'Зоти. Материалн работы доложены п ебсуот.сни из IX Всссоозной научно-технической конференции по СВЧ технике (Ленинград. 1976 г ), на У1 Всесоюзной конференции «Экспериментальные нсследоззиня нн-сенерных сооружений « (Нояо-Полоик, 1926 г.), на XXIУ научно-технической конфергншш ПВВИЛУ им. НИ.Воронова (Пенза, 1933 г.), па Вссео-озном научном егмннгрз «Актуальные проблемы механики неоднородных тел» (Ереван, 199 і г.), на 1 н П МкздународноЯ конференции. «Нлучко-тсхнггческис проблемы прогнегггрояглня надежности и
долговечности мегаллоконструкций...» (Санкт-Петербург, ГТУ, 1997г., 1995г.). Одно изобретение в виде лабораторной работы «Неразрушающий контроль прочности» используется в СПб государственном техническом университете для обучения студентов.
Публикации по теме диссертация: 5 статей, 5 сообщений на всесоюзных и международных конференциях, 7 авторских свидетельств -всего 17 публикаций.
Структура и обьйм работы. Диссертация состоит из введения, трйх глав н выводов, содержит 87 страниц, включающих 39 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 69 наименований.