Архив номеров

Детали газотурбинных двигателей подвержены высоким термомеханическим нагрузкам в условиях воздействия агрессивных сред, содержащих водород, кислород, сернистые и хлоридные соединения, вызывающие высокотемпературную химическую коррозию и последующее усталостное разрушение. Такая коррозия сопровождается взаимной диффузией компонентов металлического сплава и агрессивных веществ, их химическими реакциями и возникновением конечных собственных и реологических деформаций, что требует формулировки связанной модели этих процессов. При построении модели применен подход классической термодинамики необратимых процессов, в котором рассматриваются независимые уравнения баланса массы компонентов и единый тензор напряжений, удовлетворяющий уравнению равновесия и зависящий от переменных химического состава и деформаций. Уравнения записываются в геометрически нелинейной формулировке, в которой учитываются упругие, пластические и вязкие компоненты деформаций. Использован комбинированный подход к описанию диффузии и деформирования, сочетающий в себе материальное описание конвективного переноса и маркерное описание диффузии. Проведен численный расчет высокотемпературной оксидной коррозии нихрома, реализованный как пользовательское приложение в пакете программ COMSOL Multiphysics. Расчет показывает зарождение и рост слоя оксида хрома вместе с ростом в нем сжимающих остаточных напряжений. Проведен качественный анализ модели в ее связанной и несвязанной постановках, геометрически линейной и нелинейной формулировках, который показал качественные различия в распределениях деформаций и напряжений. Геометрически нелинейная модель описывает эффект значительного замедления фронта оксида, который вызван большим градиентом средних напряжений, влияющим на диффузионные потоки. Модель может быть использована для описания эволюции развития коррозионного слоя в ходе других видов химической высокотемпературной коррозии жаропрочных сплавов.