Científicos de la Universidad Politécnica de Investigación Nacional de Perm desarrollaron una metodología para la evaluación acelerada de la resistencia a la fatiga de ciclo alto de elementos típicos de motores de turbina de gas hechos de materiales compuestos poliméricos, basándose en su auto-calentamiento bajo carga cíclica.
Según PNIPU, las pruebas tradicionales de elementos compuestos reales pueden llevar semanas o meses, mientras que con la nueva metodología, la evaluación del límite de resistencia se puede obtener en unas pocas horas.
El problema está relacionado con las especificidades de los materiales compuestos poliméricos. Sus características de resistencia a la fatiga pueden variar significativamente dependiendo del esquema de refuerzo, la forma de la pieza, las características de la tecnología de fabricación y otros factores constructivos y tecnológicos. Por lo tanto, los resultados de las pruebas de muestras estándar no siempre se pueden utilizar directamente para evaluar un elemento de motor terminado.
Los investigadores de Perm propusieron monitorear no solo la carga mecánica, sino también la temperatura de la superficie. Bajo carga cíclica, se desarrolla un daño por fatiga en el compuesto, acompañado de auto-calentamiento. El límite de resistencia se puede determinar a partir del cambio en los parámetros de calentamiento al aumentar la carga.
En los experimentos se utilizaron la máquina de prueba de resonancia eléctrica Testronic-50 y el banco de vibración electrodinámico V-850-440, y el campo de temperatura se registró con una cámara termográfica NEC TH9100 WR ProNew. Para probar las carcasas con brida en forma de L y nervio de refuerzo, se utilizó una frecuencia de aproximadamente 80 Hz.
La metodología se probó en tres elementos estructurales típicos de GTE hechos de plástico reforzado con fibra de carbono laminado: una placa con un orificio libre, una conexión de carcasa con una brida en forma de L y una conexión de carcasa con un nervio de refuerzo.
Los valores obtenidos por el método termográfico se compararon con los resultados de las pruebas de fatiga estándar. Para los elementos típicos investigados, la discrepancia en el límite de resistencia estuvo dentro del rango del 9 al 18.8%, lo que el resumen de la tesis considera aceptable, teniendo en cuenta la dispersión de las características de fatiga de ciclo alto típica de los compuestos.
Sin embargo, no se trata de un abandono completo de las pruebas estándar. La disertación indica que el método termográfico permite reducir significativamente la intensidad de mano de obra, la duración y el número de muestras probadas en comparación con las pruebas de fatiga tradicionales. La metodología está diseñada para la evaluación acelerada del límite de resistencia de los elementos típicos de GTE.
Los resultados del trabajo, según el resumen de la tesis de Danil Solomonov, se han implementado en JSC ODK-Aviadvigatel y se utilizan en el desarrollo y la mejora de la resistencia de los motores de turbina de gas.