1257951394

30

tury, czasu oraz rodzaju materiału [13]. W wyniku tych badań stwierdzono, że podstawowy wpływ na zmianę gęstości ma odkształcenie:

gdzie:

Po ^- gęstość początkowa,

Ap - zmiana gęstości,

H, a — stałe materiałowe.

W wyniku badań stwierdzono również, że krytyczna wartość Ap/p₀, dla

której następuje zniszczenie, pozostaje stała zarówno w typowych testach pełzaniowych, jak i badaniach przyspieszonych. Wykazuje ponadto małą czułość na zmianę temperatury, co pozwoliło dla badanej stali austenitycznej przyjąć ją równą 250 • 10“⁵ [13].

Określenie czasu zniszczenia wymaga powiązania tej zmiany gęstości z funkcją opisującą proces odkształcenia w warunkach pełzania. Pomijając odkształcenie początkowe oraz pierwsze stadium pełzania, możemy do opisu

procesu przyjąć prawo Nortona, co w powiązaniu ze wzorem (3.36) pozwala obliczyć czas zniszczenia jako:

(3.37)

W takim ujęciu zmiana gęstości może być również powiązana z parametrem

zniszczenia Kaczanowa

co

Po

3.3. Kryteria pękania

Jako wynik procesów technologicznych, w elementach turbin cieplnych mogą istnieć nieciągłości materiałowe w postaci wtrąceń, pustek, mikroszcze-lin. Wady te w trakcie eksploatacji elementu mogą stopniowo powiększać swoje rozmiary, doprowadzając w efekcie do pęknięcia katastroficznego. Zachowanie się takiej wady uzależnione jest od rodzaju i wielkości obciążenia przyłożonego do elementu, stanu naprężenia i odkształcenia wokół wierzchołka pęknięcia, wymiarów i usytuowania pęknięcia oraz własności materiału. Wymiar pęknięcia ustala się na podstawie badań doświadczalnych lub też przyjmuje się go na poziomie czułości aparatury pomiarowej.

Na podstawie własności materiałowych, a w szczególności odporności na pękanie, wyznacza się krytyczny wymiar wady, który w danych warunkach eksploatacyjnych jest niebezpieczny. Rodzaj obciążenia, tzn. obciążenie stałe lub zmienne, decyduje o sposobie propagowania pęknięcia, a w mechanice pękania przyjmuje się różne formuły służące do opisu tych procesów.

Przy obciążeniach cyklicznych tempo propagacji opisuje zależność Parisa lub jego modyfikacja o ogólnej postaci [45]:

da = f(AK, J, A, m) dN    (3.38)

uzależniające przyrost pęknięcia za jeden cykl pracy od współczynnika intensywności naprężeń K lub całki Rice’a J oraz danych materiałowych A, m. Przy obciążeniu stałym w warunkach pełzania również następuje propagacja pęknięcia opisywana ogólną zależnością [22]

da= f(C*, F, k) dt    (3.39)

gdzie:

C* - parametr charakteryzujący pole naprężeń i odkształceń wokół wierzchołka pęknięcia,

F, k - stałe.

Przy znajomości początkowego a₀ oraz krytycznego af wymiaru pęknięcia na podstawie powyższej zależności możemy obliczyć czas bezpiecznej eksploatacji, czyli trwałość danego elementu:

3^

J da = j f(C‘, F, k) dt    (3.40)

^ao    ⁰

Oprócz wad materiałowych mogących stanowić zarodek rozwijającego się pęknięcia, również sam proces pełzania powodujący stopniową degradację materiału doprowadza do powstawania mikroszczelin. Proces ten intensyfikuje się szczególnie w miejscach koncentracji naprężeń, a powstałe w ten sposób mikropęknięcia mogą również propagować. Rozwijające się pęknięcia mogą zatem stanowić istotne ograniczenia trwałości elementów turbin i jako takie

powinny być tematem szczegółowych analiz.

Wymiary wad lub pęknięć, ich usytuowanie oraz poziom czułości aparatury pomiarowej są danymi wejściowymi do dalszych analiz zachowania się elementu z pęknięciem w czasie eksploatacji. Badania kontrolne przeprowadzone po ustalonym czasie służą weryfikacji metod obliczeniowych tempa propagowania pęknięcia oraz wcześniej postawionych diagnoz.

W niniejszej pracy zagadnieniu propagowania pęknięć w warunkach pełzania poświęcono rozdział 7.