Impact of load retention on aircraft engine parts under real flight cycle conditions in service life monitoring

• Autorzy: Yepifanov Sergiy , Brunak Andrii

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2021-0016

Warianty tytułu

PL

Wpływ retencji obciążenia na elementy silnika lotniczego w warunkach rzeczywistych cykli lotniczych w monitorowaniu trwałości eksploatacyjnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the major problems in the development of algorithms for monitoring the life of aircraft gas turbine engines is that the character of loading in real flight cycles is crucially different from the character of the static and dynamic loading during the testing of samples. This paper proposes a method for taking into account the effect of retentions at maximum stresses and cycle temperatures on the low-cycle fatigue (LCF) of the heat-resistant alloys used in engine parts. Regularities in repeated-static loading (RSL) are used in combination with the method of linear accumulation of damage due to the LCF and RSL, with retentions of a variable length. A non-linear equation is derived for the summation of these damages, the solution of which determines the durability (life) of the part while taking into account the retention duration. The theoretical results were verified by using the experimental characteristics of the GS-6K and EI-437B nickel-based alloys, previously reported by other researchers.

PL

Jednym z głównych problemów w opracowywaniu algorytmów do monitorowania trwałości lotniczych gazowych silników turbinowych jest to, że charakter obciążeń powstałych w rzeczywistych cyklach lotu różni się zasadniczo od charakteru obciążeń statycznych i dynamicznych obecnych podczas testowania próbek. W niniejszej pracy zaproponowano metodę pozwalającą uwzględnić wpływ retencji przy maksymalnych naprężeniach oraz temperatur cyklicznych na zmęczenie niskocyklowe (LCF) stopów żaroodpornych używanych w elementach silnika. Wykorzystano regularności w powtarzalnym obciążeniu statycznym (RSL) w połączeniu z metodą linearnej akumulacji uszkodzeń wynikających ze zmęczenia niskocyklowego i powtarzalnego obciążenia statycznego, z retencjami o zmiennej długości. Dla sumowania tych uszkodzeń wyprowadzono nieliniowe równanie, którego rozwiązanie określa trwałość (żywotność) elementu z uwzględnieniem czasu trwania retencji. Wyniki teoretyczne zostały zweryfikowane na podstawie charakterystyk doświadczalnych stopów na bazie niklu GS-6K i EI-437B, zaczerpniętych z wcześniejszych prac innych zespołów badawczych.

Słowa kluczowe

EN

gas turbine engine; service life; repeated-static loading; low-cycle fatigue; creep; retention of load

PL

gazowy silnik turbinowy; żywotność serwisowa; powtarzalne obciążenie statyczne; zmęczenie niskocyklowe; pełzanie; retencja obciążenia

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 3 (264)
• Strony: 47--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Yepifanov Sergiy

• Department of Aircraft Engine Design, Faculty of Aviation Engines. National Aerospace University "Kharkiv Aviation Institute", 17 Chkalova St.. Kharkiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-0533-9524

autor

Brunak Andrii

• Department of Aircraft Engine Design, Faculty of Aviation Engines. National Aerospace University "Kharkiv Aviation Institute", 17 Chkalova St.. Kharkiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-2505-1501

Bibliografia

• [1] Kolotnikov, M.Ye., 2003. "Predel’noe sostoyanie i prognozirovanie resursa GTD v usloviyah mnogokomponentnogo nagruzheniya” [Marginal State and Life Prediction of GTE Under Multi-Component Loading. Edited by V.M. Chepkin]. Rybinsk State Aviation Engineering Academy. Rybinsk.
• [2] Ceytlin, V.I., 1974. "Ocenka prochnosti detalej v usloviyah mnogokomponentnogo nagruzheniya" [Strength of Parts Estimation Under Mutti-Component Loading Conditions], Aero Gas Turbine Engines Designing and Development, Issue 67, pp. 123-131.
• [3] Kuznetsov, N.D., and Ceydin, V.I., 1976, Ekvivalentnye ispytaniya gazoturbinnyh dvigatelej [Equivalent Testing of Gas Turbine Engines], Mechanical Engineering Publishing. Moscow.
• [4] Ceytlin, V.I., and Fedorchenko, D.G., 1983. "Ocenka ciklicheskoj dolgovechnosti detalej, rabotayushchih pri slozhnyh programmah nagruzheniya" [Estimation of Cyclic Durability of the Parts that Operate Under Complex Loading Programs], Problems of Strength, 2, pp. 13-19.
• [5] Anurov, Yu.M., and Fedorchenko, D.G., 2004. "Osnovy obespecheniya prochnostnoj nadezhnosti aviacionnyh dvigatelej i silovyh ustanovok" [Bases of Strength Reliability of Aero Engines and Power Plants], Saint-Petersburg State Polytechnic University, Saint-Petersburg.
• [6] Birger, L.A., Shorr, B.E. and Iosilevych, G.B., 1979, Raschet na prochnost detalej mashin [Strength Analysis of Machine Elements], Mechanical Engineering Publishing, Moscow.
• [7] Sinayskii, B.N., Pogrebnyak. A.D., and Ischenko, I.I., 1976, "O temperaturnoj zavisinosti ustalostnoj prochnosti zharoprochnyh nikelevyh splavov” [About Temperature Relation of Heat-Resisiant Nickel-base Alloys], Problems of Strength. 5. pp. 13-18.
• [8] Orlov, A.F., Balashov, B.F., 1990, "Nekotorye osobennosti nakopleniya povrezhdenij dlya GTD primatociklovom nagruzhenii i povyshennyh temperaturah" [Several Peculiarities of Damage Accumulation for GTE Under Lo-Cyclic Loading and High Temperature], Low-Cycle Fatigue of Structural Elements. III All-Union Symposium, pp. 45-54.
• [9] Balashov, B.F., Birger I.A., Bychkov, N.G. et. al., 1990, "Resursnoe proektirovanie aviacionnyh GTD. Rukovodstvo dlya konstruktorov" [Life-Time Designing of Aero Engines. Designers Textbook], Central Institute of Aero Engines. Moscow. Issue 1.
• [10] Birger, L.A., Shorr B.F., 1975, Termoprochnost' detalej mashin [Thermal Strength of Machine Elements], Mechanical Engineering Publishing. Moscow.
• [11] He, J., Sandstrom, R., and Vujic, S., 2016, "Creep, low cycle fatigue and creep-fatigue properties of a modified HR3C", 21st European Conference on Fracture, ECF21, 20-24 June 2016. Catania. Italy.
• [12] Porter, A.M., Bukatii, S.A., and Vodolagin, A.L., 2009, "Issledovanie vliyaniya dlitel’nosti dejstviya maksimal'nyh napryazhenij v cikle nagruzheniya na malociklovuyu ustitlost'i dlitel'nuyu prochnost’ vala GTD iz materiala El 96I-SH" [Investigation of influence of maximum stresses action duration in loading cycle on the low-cyclic fatigue and long-term strength of gas turbine engine shaft made of EI 961 Sh material]. Bulletin of Samara State Aerospace University, 3(19). pp. 56-63.
• [13] Bukatii, S.A., and Okrugin, A.A., 2014, "Issledovanie ciklicheskoj dolgovechnosti materiala v usloviyah malociklovoj ustalosti i dlitel’noj prochnosti" [Investigation of material cyclic durability under conditions of low-cycle fatigue and long-term strength]. Bulletin of Samara State Aerospace University, 5(47), pp. 72-77.
• [14] Sheremetev, A.V., 2018, "Ob uchete mnogokomponentnogo nagruzheniya pri obespechenii prochnostnoj nadezhnosti detalej aviacionnyh GTD" [About tite calculation of polycomponent loading at the providing strength reliability of the aviation GTE components]. Bulletin of Engine Design, 2, pp. 164-169.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).