Долговечность лопастей гребных винтов крупнотоннажных судов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

Г I и и и

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи СЕМКИН Виталий Владимирович

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЛОПАСТЕЙ ГРЕБНЫХ БИНТОВ КРУПНОТОННАЖНЫХ СУДОВ

Специальность 01.02.04 - механика деформируемого твердого гэла

АВТОРЕФЕРАТ

диссоргации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С.-Петербург, 1993

Работа выполнена на кафедре сопротивления материалов Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

П.А.Павлов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

С.В.Петинов - кандидат технических наук, ст.научный сотрудник А.Г.Таубин

Ведущая организация - ЦНИИМФ.

Защита диссертации состоится " " & 2993 г< в СЦЛ часов на заседании специализированного совета Д.053.23.01 при Государственном морском техническом университете Санкт-Петербурга по адресу: 190008, Санкт-Петербург, Лоцмановская, д. 3, актовый зал. .

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке

ГИТУ.

Отзыв на автореферат , заверенный печатьв, в двух экземплярах просим направлять па имя ученого секретаря специализированного совета по указанному выше адресу.

Автореферат разослан " " _^_ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

С.Г.Кадыров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Надежность гребных вянгоз крулногоннаж-■шх судов в значительной степени завися! от работоспособности ¡¡х лопасгей. Существующие методы оценки прочности лопастей треб-íux винтов гробуюг значительной доработки, гак как известна многочисленные случаи их разрушения. Лопаотп гребных винтов работают в условиях воздействия махапичоских напряжений, коррозионной среды и навигационной эрозии. Процессу разрушения лопасгей способствуют различные дефекты и остаточные напряжений, возникающие при изготовлении и эксплуатации гребного винта.

Для эффективной расчетной оценки долговечности лопастей греб-шх винтов необходимо использовать современный аппарат линейной механики разрушения, позволяющей опроделять остаточный росурс попасти при наличии поверхностных дефектов с учогом неоднородного поля действующих напряжений и остаточных напряжений. Полезно также уметь точно определять долговечность лопасти без дефектов.

Вопросы, связанные с изучением процесса усталостного разрушения лопастей, всегда привлекали внимание многих исследователей как у нас в стране, так и за рубежом. Вместе с таи, известные из литературы данные по коррозиокно-усгалостному разрушению алюминиевых бронз и лопасгей из них восьма немногочисленны, причем оз>-сутствуот инженерная методика оценки долговечности.

В связи с изложенным развитие эффективной методики инженерного расчета на долговечность лопасти гребного винта представляется актуальной задачей. Рошение этой задачи требует, в свою очередь, накопления новых экспериментальных данных по трещиносгойко-зти алюминиевых бронз, в особенности при наличии поверхностной трещины, а также создания практически приемлемой модели роста такой трощины в условиях неоднородного поля циклических напряжений.

Предлагаемая работа посвящена решению указанных задач.

Цель работы состоит в теоретическом развитии и экспериментальной проверке метода оценки долговечности лопасти гребного винта как с исходным дефектом, гак и без него при учете неоднородного напряженного состояния и наличия остаточных напряжений в лопасти на основе аппарата линейной механики разрушения.

Научная новизна. Продложона методика оцонки долговечноетн лопасти гребного винга крупнотоннажного судна, позволяющая рассчитать ресурс лопасги с дефектом любой формы и произвольного местоположения на нагнетающей поверхности лопасги.

Разработана экспарименгалыю-теорегичэская модель роста поверхностной трещины с тремя гоомотрическими параметрами, определяющими форму трещины в любой момонт времени, с учогом ноодноро; ного поля напряжений. Разработан алгоритм расчета долговечности и программное обеспечение.

Получен набор экспериментальных данных об изменении характеристик сопротивления усталости и циклической трощиносгойкости отечественных алюминиевых бронз в зависимости от вида коррозионной среды и величины коэффициента асимметрии цикла нагружения.

Практическая ценность и реализация результатов. Разработаннш методика определения долговечности лопастей гребных винтов позволяет теоретически рассчитывать их ресурс, либо предполагая отсутствие технологических дефектов, либо учитывая дефекты, обнаруженные при инспектировании состояния поверхности лопасти. Пре; лагаемая методика позволяет также оценивать влияние на осгагочш ресурс лопасги различных способов ее ремонта.

Разработанная модоль роста поворхпосгной трещины в алюминиевых бронзах с учетом неоднородного поля напряжений применима не только к лопастям гребных винтов, но и к другим деталям машин и элементам конструкций, изготовленных из этих бронз.

Результаты работы использовались в экспертных оценках причин разрушения лопастей.крупнотоннажных судов, приписанных к Новороссийскому морскому пароходству.

На защиту выносятся:

- метод оценки долговечности лопасги гребного винта крупного нажного судна с исходным дефектом или баз него, с учетом неодно родносги поля напряжений и наличия остаточных напряжений;

- модоль роста поверхностной трещины в условиях неоднородног плоского напряженного состояния;

- новые экспериментальные результаты по влиянию асимметрии цикла нагружения и коррозионной среды на характеристики цикличе ской трощиносгойкости и сопротивления усталости бронз Бр.А5Ш9-4 и Бр.Л8Мц14253Н2.

Достоверность результатов работы. Эффективность разработанной расчетной методики подтверждена экспериментальными исследованиями циклической трециностонкости крупногабаритных пластин, имитирующих лопасти гребных винтов, а также натурными данными о разрушении указанных лопастей.

Апробация работы. Основные результаты работы били представлены на Ш Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Житомир, 1990 г.), паучно-производствонной конференции "Механика машин и систем машин водного транспорта" (Одесса, 1990 г.), ХХШ межреспубликанском семинаре "Актуальные пробломы прочности" (Вологда, 1992 г.), научных семинарах кафедр сопротивления материалов и строительной механики СПб Г1У.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, список которых продставлон в конце авгорофората.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложения. Габога содержит 94 страниц машинописного текста, 72 рисунка, 10 таблиц, библиографический список из 100 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во вводанки обосновывается актуальность томы диссертации и дается краткое описание.-ее содержания.

В первой главе проанализированы современные подходы к оцонке напряженно-деформированного состояния лопастей гребных винтов, рассмотрено влияние различных режимов работы винта и погодных условий на величину и характер распределения напряжений в лопасти винга крупнотоннажных судов различного типа. Приводится обзор об основных дефектах и повреждениях лопастей гребных винтов и отмечено, что при изготовлении и ремонте лопастей в ной возникают значительные по величине остаточные напряжения.

Приведен обзор работ по распространению усталостных грещпл в алюминиевых бронзах и лопастях гребных винтов, по влиянию коррозионной среды и асимметрии циклического нарруяения на характеристики сопротивления усталости и трещиносгойкосги этих бронз, а также по определению долговечности лопастей. Установлено, что разрушение лопастей гребных винтов из алюминиевых бронз возможно только из-за наличия какого-либо концентратора напряжений и оста-

точных напряжений. Наиболее опасны дефекты, расположенные на ] нетающей поверхности лопасти, которые возникают как при изгот лении, так и в эксплуатации. Отмечается, что стадия развития верхностной трещины практически соответствует всему ее рабоче ресурсу.

Приведен анализ работ, посвященных исследованию кинетику вития поверхностных трещин при циклическом нагружении, особеь сти развития коротких трещин усталости, а также определению с дии зарождения и прогнозированию изменения форм фронта поверх ностных трещин.

На основании проведенного литературного обзора сформули] задачи панной работы.

Во второй главе диссертации приводятся методики выполне: экспериментальных исследований. Дается описание установок и способлений и гладких образцов из бронз Бр.АЖН-9-4-4 и Бр.А7 для усталостных испытаний при однородном напряженном состоял пактных прямоугольных образцов для испытаний на циклическую ностойкость на воздухе и в синтетической морской воде в диаг изменения величины коэффициента асимметрии цикла /? = 0-0,£ Приводится описание установки, приспособлений, обраэцо) соба слежения за длиной трещины для испытаний на усталость ] /? = 0,5-0,6 на крупногабаритных образцах из вышеуказанных ( поверхностной трещиной на воздухе. Испытания на циклический гиб при однородной и неоднородной по ширине образца нагрузк водились с контролем нагрузки на образце тензометрическим м В третьей главе представлены результаты исследования к зионно-усталостнога разрушения бронзовых сплавов Бр.АЖН9-4-Бр.А7Мц14ЖЗН2.

Результаты испытаний образцов этих бронз на воздухе щ 0,6 и в синтетической морской воде при /? = 0; 0,4; 0,8 талость позволили сделать следующие выводы. Характеристики тивления усталости сплава Бр.АЖН9-4-4 значительно выше ана. ных параметров сплава Ер.А7Мц14ЖЗН2 как при испытаниях на духе, так и в морской воде (кроме испытаний при /? = Бронза Бр.АЖШ-4-4 проявляет большую чувствительность к ко ной среде и к увеличению коэффициента асимметрии цикла, че

з Бр.А7Мц14ЕЗН2. На рлс.1 показана зависимость условного преде) выносливости исследуемых бронз при база N » глС циклов ог пммегрии цпада напряжений. Кз рисунка видно, чго с повышением шчонпя И заметно возрастаот величина условного предела вн-)сливооти как при испытаниях па воздухе, гак и в морской водо.

;ю.1. Зависимость условного предела выносливости броиэових мавов от асимметрии цикла (Бр.АКН9-4-4: I - воздух; 2 - мор-хая вода; бр.А7Мц14ЖЗН2: 3 - морская вода, 4 - воздух)

Данные испытаний на циклическую трещшгостойкосгь в морской во-э и на воздухе, приведенные в табл.1, показывают, чго коррозпон-ая среда повышает значение размаха порогового коэффициента ин-энсивносги напряжений ( аК(н ) и скорость роста трещины в ис-яедованных бронзах до сравнению с испытаниями на воздухе, а велпчение значения коэффициента асимметрии цикла приводит к синению в значительной степени величины д А"гл и к повышению окороти роста трещины. Бронза Бр.А7Мц14ЖЗН2 имеет более высокие зна-эния , чем бронза Бр.АЖН9-4^4 как при испытаниях на возду-э, гак и в морской воде. Однако скорость роста трещины в брон-о Бр.А7Мц14ЕЗН2 выше, чем в бронзе Бр.АЖН9-4-4 при испытаниях морской вода. Бронза Бр.АШ9-4-4 по характеристикам цикличос-ой трещиностойкости почти не отличается ог иностранных

ra CT

ГД

ч ■о

Сн -j<

Я

г1,

ю

<о lg

I

s

2 № и

X о со

го

га 5< t"l <

^ rá

5 ^

«

< ^

i i п

с

aus •G<ra P. ё< с.

О CD

OSS и; ш

со «

р. и

го р(

СО to СО Vf

К-1 I—f H-Í 1—(

I I I I

о о о о м н I-I м

ю >-< да « а со со о

г- со ю i—i i—i i-t i i i ООО И M нн

3 S й

lo ог м oí со tí' i-<

[> ю со

1-1 от со

•h V, у, vi

^ ^ ><

< ■) <1 <

V/ sil s]¡ Vi

CO t> lo C7>

;\í CO CD t>

со <о n

H Ю Г-

V/ V/ V/

V =<

<¡ <¡

V/ V/ V/

со с» со

%!' да

СО c\¡ CO to ^ lo

ЬЧ Ы И >—I l-t

III III

ООО ООО

Í—I I—I I—I M ы ы

СТ> 1-1 00 ю о о

[> -3' -Ч' to Ol 0~>

СО !--( 1-1 ю ьч со

ООО h-< -у ¡N

СО (71 о и со г>

Г- LO Oí

со ю со

со •<< со О! СО CD £>•

to to 04 О

CO СП 00 Ы со in

H Ol Ol H ч' СО << <r n to о й со oí

rtf CO -ч< Ю Ю

CO l> in Ol D~ СП co oj co cd о t> co

V/ V/ 4l 41 *"

^c ьс ^c V

< -a -4 -q .<! <1

V/ V; V, V/ V/ vi

l-l CM I—I CO cv о

с\г vj' to со io r-

tO LO to

СП to №

CO '.Ti IN

■.XI -qi D-

co c-~ o 0~> to CO

lo о co N Ю t-

№ Ю H Ю C\J C'en СО 00 to Сч!

со со lo •sf -з1

H W I—I

o¿ tji со

CO (Л! О

CO LO" IV

to VI' OJ со Ч1

о о о О о

к

X

ё? ■л о 01

to UH И

о О о

M

Ri

-.г

с=

ti M

со lo t\j со in (m

о" о о" о" о" о"

hi nj

& о ta

СО р, И

о о о

m Ï= «

I

т

о>

я

о, ю

ронз, а бронза Бр.А7Мц14Ж3112 имоет лучшие характеристики по ерпв-эшпо с бронзой "Новосгон".

Результат испытаний крупногабаритных пластин с поверхностной рещиной на плоский циклический изгиб показали, что скорость раз-чгия поверхностной трещины в направлении глубины сзч?ния сбраз-з в 5,9 раза для бронзы Бр.А7Мц14Ж3112 и в 3 раза для бронзы ).А)Ш9-4-4 (рис.2, а) выше, чек нл поверхности при одинаковом 1;1ЧОШ]п рлзмпха К1П1. Для унификации расчетов роста как екпозпнх, iK и поверхностных трещин вводом параметр &Ке (размах эфгоктнв-)ГО КИП), который согласно работа:,! В.А.Вайшпюка, П.В.Варфоло-:зва и др. опрвдоляотся по следующей формуле

&/<e;if¿ ■ &Ki , (I)

;о fi ~ коэффициент, учитывающий изменение физико-механических ойств материала вдоль фронта троцшш; ü¡(¿ - разках локального II в L -ой точко на фронте тропишь;. Коэффициент ¡f,- опродоляет-

из условия совпадения кинотичоских диаграмм усталостного разденет стандартного образца со сквозной трещиной и образца с верхносгаой трещиной. Установлено, что для самой глубокой точ-фронта трещины jfA = 1,5 для бронзы Бр. А7;.*ц14.Ш!2 п = 1,2 т. Вр. АШ1Э-4-4, а для точки поросечэнвя фронта с поверхностью разца /3 = I для обоих сплавов. В этом случае подо:;-'эн;ш кривой зросги роста трещины (средний участок) в координатах {д(Ú)-°.д f & Кс) 110 зависит от типа трощппи и полохпнил точки па фрон-поворхпостной трещины (рис.2,б).

Поверхностная трещина имоет форму полуэллипса как при пепыта-I образца с неоднородным распроделонием напряжений по его толщи-так и при испытании с неоднородный распределением напряжений толщине и по ширина образца. Однако в посладном случае цонгр ¡могрии эллипса смещаотся на поверхности по мор о роста трещины тороку более высоких напряжений (рис.о).

Кинетика роста поворхностной трощины описывается зависимостью ' ffp), где оС = aíd - отношение глубины трещи.ни к ее полу длине поверхности; fi-a/h ~ отношение глубины трещины к толщине об-ца (рис.4). На первой стадии роста трещины эта зависимость дегавляег собой кривую, положение которой определяется разма-и и формой начального дефекта, а вторая стадия, начало которой

а) б)

Рис.2. Зависимость скорости роста поверхностной трещины в Бр.А7Мц14ЖЗН2 от локального (а) и эффективного (б) размаха КШ (Темные и светлые точки соответствуют скорости роста трещины ) поверхности и самой глубокой точке фронта соответственно)

соответствует значениям уЗ > описывается прямой линией I следующим формулам

оС - 1,117 - 1,167^6 , (Бр.АЖН9-4-4) (2)

<< - 1,353 - 1,470'/ , (Бр.А7Мц14ЖЗН2) (3)

В четвертой главе изложена математическая модель роста пове костной трещины. Для описания кинетики развития поверхностной щины предлагается'следующая система трех дифференциальных ура! нений общего вида

Щс/Ы-- СЛЪ'ьКе.Х

М/М - ■ (4)

Л/¿и -- Сс-(Гс -лКе.с)п где а,в,с - геометрические параметры, определяющие конфигура: поверхностной трещины в любой момент времени (рис.3); &Ке -эффективный размах КШ в точках А,В,С; Сип- эмпирические коэ^

фициенгы, установленные яо результатам испытаний на циклическую грещиносгойкосгь стандартных образцов со сквозной трещиной; У -поправка на неоднородность в вышеуказанных точках.

<5

(V

О I

с, 6,\- «

о

2с1

Рис.3. Изменение размеров поверхностной трещины при циклическом плоском изгибе и неоднородной нагрузке по ширине образца

В уравнении (4) величину с тем, что при вычислении дА^ поля напряжений по толщине образца уже учтена формулой для вычисления локального КШ

ЬК -- \>Яа/ц ■ Р( ац; а/с ; а/д; Ф) , (5)

где л Л - размах напряжений при изгибе; а,В, с, I, Ф рактерные размеры образца и трещины.

Следуя работам С.В.Пегинова, предположим, что у*а и ^ жаются через отношение нормальных напряжений в точках фронта трещины к нормальному напряжению в центре симметрии эллипса. В гаком случае систему (4), учитывая определение аКс , можно переписать следующим образом

следует положить I. Это связано для точки А неоднородность

ха-

с выра-и С

- 10 -гс{<Гс/<г, -¿Кс)*

и 1.0

05

0,6

ОА

0,2

О

Рис.4. Изменение формы поверхностных трещин в пластинах при циклическом изгибе ( л - Бр. А7Мц14Ж3112, • -Бр. А5Н9-4-4)

В случае плоского циклического изгиба образца с поверхностной трещиной, система (6) упрощается и сводится вслодсгвие симметрии нагрузки по ширине образца к систомо двух дифференциальных уравнений

ЩйЫ^Ш* С(аК&Г (7)

Смещение л/ оси ОУ (рис.3) полуэллипса от начального положения вследствие перемещения трещин, как единого целого, в направлении оси ОХ вычисляется по формуле

------- --------

Л \ \ ч

» •ч: Л \ V

\\

\

0,2 0,4 0,6 0,6 Я

лХ - ( S-c)/2

(8)

Апробация предложенной модели проводилась цугом сравнения результатов вычислений по уравнениям (6) и данных иенктаннй образцов обоих бронз с поверхностными трощинами. Сравнение показало, что модоль достаточно хорошо отражает процесс роста поверхностной трещины. Заметим, что данную модоль можно реализовать для следующих диапазонов измонония размеров макротрещин и уровня номинальных напряжений: fi <s О, S ; 8/w ^ 0,6 ; 6~нм £ 0. 8 6„г ,

В пятой главе предлагается методика опрвдзлонкя долговечности лопасти гробного винта с исходным дефектом любой формы. Исходное положонио дефекта произвольно ля нагло гоицой поверхности лопасти. Приводятся основные варианты расчета ресурса лопасти:

- расчет долговечности лопасти с начальным дефектом;

- расчет долговечности лопасти без исходного дефекта;

- расчет долговечности лопасти с начальным дефектом при наличии поля остаточных напряжений;

- расчет долговечности лопасти без исходного дефекта при наличии поля остаточных напряжений.

Алгоритм расчота долговечности лопасти с исходным дефектом приведен в виде блок-схемы на рис. S . Исходными данными являются: исходные размеры дефекта - глубина ( ) и полудлина ( Св ) поверхностной трещины; место расположения дефекта на нагнетающей поверхности лопасти - относительный радиус ( R ) и расстояние по хорде от входящей кромки лопасти (л ); толщина (7" ) и ширина ( ?- V/ ) лопасти в сечении расположении дефекта; распределение нормальных напряжений по сечению лопасти при данном R в виде зависимости (э(х) ; характеристики циклической трощино-сгойкосги материала лопасти в морской вода при данном значении коэффициента асимметрии цикла нахружения ( С,, n, , Cz; nx ; лК^,

значение коэффициента , учитывающего особенности роста трещины вглубь лопасти, полученное экспериментально. Расчет ведется шаговым способом, причем задается шаг по числу циклов до тех пор, пока значения размаха КИН в точках б и £ фронта трещины по достигнут критического значения КИП или длина поверхностной трещины но достигнет предельного размера.

Долговечность лопасти без дефекта состоит из стадии зарождения ( Ы} ) трещины до размера Ск (5 размеров зерна), выше которого применима обычная линейная механика разрушения для "длинных" грещин.й стадии распространения магистральной трещины до критических размеров. Учитывая особенности развития коротких трещин, предлагается стадию зарождения трещины до размеров опреде-

лять по следующой формуле, вытокающай из уравнония Пэриса с поправкой Эль-Хаддада:

3 (¿-п)- 7Г"п-С-(OJÍ-лб

где С,п- эмпирически определенные коэффициенты для сквозной трещины; t0 - поправка Эль-Хаддада для исследуемых бронз; А6 - размах действующих напряжений.

Расчет долговечности лопасти с учетом поля остаточных напряжений ведется по программе, приведенной на рис.5. Накладываясь на действующие напряжения, остаточные напряжения увеличивают значения (>та* , 0~т1п. цикла и коэффициента асимметрии цикла, при этом размах дб" не изменяется. Однако вследствие изменения коэффициента асимметрии остаточные растягивающие напряжения снижают значение AKlh и увеличивают скорость роста трещины.

При расчете предполагается, что остаточные напряжения б~1СГ заданы и при развитии трещины остаются постоянными. Оценка величины (Грст может быть проведена на основании данных работ, приведенных в первой главе диссертации: осгаточныо напряжения на поверхности лопасти после изготовления лопасти достигают воличины 10-20 Ша, а после заварки дефекта составляют 0,1 - 0,2 (T0¡¡ . В случае заварки локального дефекта остаточные напряжения учитываются до того момента, дока трещина нэ достигнет определенной глубины (30-40мм). Указанные допущения вносят в расчет несомненную условность, однако, они идут в запас прочности, поскольку очевидно, что в действительности с ростом трещины уровень остаточных напряжений падает.

В этой же главе приводятся примеры расчетов долговечности лопастей гребных винтов крупнотоннажных судов и практические рекомендации по использованию предложенной могодики. Дается пример расчета на долговечность лопасти нафтарудовоза "Маршал Рокосоз-ский" с дефектом размерами 10x10 ш в корневом сечении лопасти

Рис.5.

Блок - схема алгоритма расчета долговечности лопости с исходным дефектом

при К « 0,2?, гак как из практики известен случай разрушения ло пасти этого судна, изготовленной из бронзы "Новосгон". На рпс.6 представлены результаты расчетов на долговечность такой лопасти, изготовленной из двух марок бронз при различных уравнениях остаточных напряжений и различных размерах начального дефекта. Из рисунка видно, что при эксплуатационных нагрузках (о) долговечность лопасти при данном размере дефекта превышает 1.10^ циклов (более 20 лег эксплуатации). Разрушение лопасти после 4.108 циклов (приблизительно 10 лег эксплуатации) является следствием наличия в лопасти остаточных напряжений. Лопасть, изготовленная из бронзы Бр.А7Мц14ЖЗН2, вследствие лучших характеристик цикличс ской грещиносгойносги, имеэг более высокий о'сгагочный ресурс по сравнению с лопаегью, изготовленной из бронзы "Новосгон".

Рис.6. Зависимость долговечности лопасти т/х "Маршал Рокосовскя из бронзы Вр.А7Мц14ЖЗН2 (—) и бронзы "Новосгон" (--) от начально: полудлины поверхностной трещина и уровня остаточных напряжений (кг/мм*5).

Сравнение изменения геометрии поверхностной трещины в процес се ее роста по предлагаемой методике и получонной в результате осмотра излома разрушенной лопасти показало их удовлетворительн

соответствие. Установлено, что при смещении местоположения начальной трещииы к кромке лопасти ее остаточный ресурс уменьшается. То же самое имеет место при увеличении глубины поверхностной трещины при неизменной ее длине. Сравнение результатов расчетов по данной методике с расчетами по методикам, известным из литературы, показывает, что предложенный в настоящей работе метод определения ресурса является болов точным, так как он учитывает ряд факторов, которые в ранее разработанных методиках не учитываются.

Результаты расчетов долговечности лопастей без исходного дефекта показали, что при эксплуатационных нагрузках число циклов до зарождения трещины составляет 10"^ - Ю*3, а при уровне остаточных напряжений 10 хг/мп3 - 1.2.10® - 6,5.10^ црклов. Однако в случае зарождения трещины на границе раздела основного и наплавленного металла число циклов до зарождения трещины значительно уменьшается и составляет 1,0.10® - 1,0.Ю7, а долговечность заваренной лопасти составляет всего 1,0.Ю7 - 1,0.Ю8 циклов ( 5 месяцев - 5 лег эксплуатации), что подтверждается известными из практики случаями разруиения лопастей г/х "Московский фестиваль" и других судов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана инженерная методика прогнозирования долговечности лопасти гребного винта как с начальным дофекгом, так и без него,о учетом неоднородности поля напряжений в лопасти и наличия остаточных напряжений. При отсутствии исходного дефекта использована теория' малых толщин.

2. Долговечность бездефектных лопастей гребнах винтов из исследуемых бронз при эксплуатационных нагрузках составляет Ю12 -- 10 циклов нагружения, что подтверждается данными испытаний на коррозионную усталость гладких образцов. Однако при наличии дефекта остаточный ресурс лопасти составляет ТО7 - ТО9 циклов

(I - 20 лет эксплуатации) в зависимости от размеров и местоположения дефекта и марки бронзы. Наличие в лопасти остаточных напряжений значительно снижает ее долговечность.

3. Предложена экспериментально-теоретическая модель роста поверхностной трещины с гремя геометрическими параметрами, которые описывают ое конфигурацию в любой момент времени. На основе модели построены три дифференциальных уравнения роста трещины, позволяющих определить число циклов нагружения, отвечающих размаху

критического КШ или критической длине трещины. Эффективность данной модели подтверждается сопоставлением результатов расчета и экспериментов, проведенных на образцах из исследуемых бронз с исходными поверхностными трещинами при неоднородном напряженном состоянии. Установлены границы применимости указанной модели.

4. Проведенные опыты на крупногабаритных образцах с поверхностной трещиной указали на специфическую особенность развития таких трещин в металлических материалах. Скорость трещины в направлении ее глубины для бронзы Бр. А7МЩ4ЖЗН2 в 6 раз, а для бронзы Бр.А1Н9-4-4 в 3 раза выше, чем скорость развития на поверхности при одинаковом размахе КИН.

5. Предлагаемая методика расчета долговечности лопасти может служить основой для разработки нормативных документов, регламентирующих размеры дофектов на этапе изготовления, определения срока службы и периодичности осмотра лопасти, установления на поверхности лопасти зон особого контроля, разработки новых технологий ремонта лопасти и выбора способа ремонта лопасти.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Семкин В.В., Файвисович A.B. Учет глубины поверхностного надреза в электропотенциальном метода сложения за ростом трещины.-рукопись депонирована в ВИНИТИ 22.07.88, № 5867-88.

2. Семкин В.В., Павлов П.А. и др. Влияние морской воды и асимметрии цикла напряжений на усталостную прочность и трещиностой-кость бронзовых сплавов, используемых для изготовления лопастей гребных винтов // Тезисы докладов Ш Всесоюзного симпозиума по механике разрушения. Житомир, 1990 г.

3. Семкин В.В., Файвисович A.B. и др. Циклическая прочность и грещиносгойкость бронзовых лопаток гробных винтов // Тозисы докладов научно-производственной конференции "Механика машин и систем машин водного транспорта". Одесса, 1990 г.

4. Семкин В.В., Павлов П.А. Исследование кинетики роста поверхностной трещины в алюминиевых бронзовых сплавах // Материалы ХХ7Ш Межреспубликанского семинара "Актуальные проблемы прочности". Вологда, 1992 г.

5. Семкин В.В., Павлов П.А.'Экспериментально-теоретический метод прогнозирования роста поверхностной трещины в деталях из алюминиевых бронз // Материалы ЮСУШ Межреспубликанского семинара "Актуальные проблемы прочности". Вологда, 1992 г.