Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали методику ускоренной оценки сопротивления многоцикловой усталости типовых элементов газотурбинных двигателей из полимерных композиционных материалов по их саморазогреву при циклическом нагружении.

По данным ПНИПУ, традиционные испытания реальных композитных элементов могут занимать недели или месяцы, тогда как с помощью новой методики оценку предела выносливости можно получить за несколько часов.

Проблема связана со спецификой полимерных композиционных материалов. Их характеристики сопротивления усталости могут существенно меняться в зависимости от схемы армирования, формы детали, особенностей технологии изготовления и других конструктивных и технологических факторов. Поэтому результаты испытаний стандартных образцов не всегда можно напрямую использовать для оценки готового элемента двигателя.

Пермские исследователи предложили отслеживать при этом не только механическую нагрузку, но и температуру поверхности. При циклическом нагружении в композите развивается усталостное повреждение, сопровождающееся саморазогревом. По изменению параметров нагрева при повышении нагрузки можно определить предел выносливости.

В экспериментах использовались электрорезонансная испытательная машина Testronic-50 и электродинамический вибростенд V-850-440, а температурное поле регистрировалось тепловизором NEC TH9100 WR ProNew. Для испытаний оболочек с Г-образным фланцем и ребром жёсткости применялась частота около 80 Гц.

Методику проверили на трёх типовых элементах конструкции ГТД из слоистого углепластика: пластине со свободным отверстием, соединении оболочки с Г-образным фланцем и соединении оболочки с ребром жёсткости.

Полученные термографическим методом значения сравнили с результатами стандартных усталостных испытаний. Для исследованных типовых элементов расхождение по пределу выносливости находилось в пределах 9–18,8%, что автореферат оценивает как приемлемое с учётом характерного для композитов разброса характеристик многоцикловой усталости.

При этом речь не идёт о полном отказе от стандартных испытаний. В диссертации указано, что термографический метод позволяет существенно снизить трудоёмкость, длительность и количество испытываемых образцов по сравнению с традиционными усталостными испытаниями. Методика предназначена для ускоренной оценки предела выносливости типовых элементов ГТД.

Результаты работы, согласно автореферату Данила Соломонова, внедрены в АО «ОДК-Авиадвигатель» и используются при разработке и прочностной доводке газотурбинных двигателей.