Оценка прочности и прогнозирование ресурса рабочих колес авиационных ГТД

Сентябрь 14, 2022

Главная
Математика
Оценка прочности и прогнозирование ресурса рабочих колес авиационных ГТД

Содержание

2. * Математическое моделирование раскрывает для конструктора большие возможности анализа процессов и состояний, позволяет существенно уменьшить экономические
3. Фрагмент разрушения рабочего колеса компрессора двигателя Д-36 * История эксплуатации данного рабочего колеса в составе ротора
4. *Геометрическая модель включает в себя точки, линии, поверхности, объемы. Геометрическая модель сектора рабочего колеса компрессора авиационного
5. * Суть метода конечных элементов заключается в том, что область, занимаемая конструкцией, разбивается на множественное число
6. Конечно-элементная модель сектора рабочего колеса
7. *В ободной части математической модели заметно значительное сгущение конечных элементов, что обеспечивает более точное определение напряжений
8. * Расчетная модель - это конечно-элементная модель с учетом всех возможных внешних нагрузок: - частота вращения;
9. Реализация условия циклосимметрии диска
10. * Создаем левый и правый контакты замкового соединения диск-лопатка. Среди характеристик контакта обязательно учитываем трение. Контактные
11. . Расчетная модель сектора рабочего колеса с температурным полем * Заметим, что температура обода ниже температуры
12. * Результаты расчета анализируем в цилиндрической системе координат. В качестве результатов расчета представлены: - радиальные перемещения
13. Распределение радиальных напряжений в диске * Наглядно видно, как локализуется концентрация радиальных напряжений в основании межпазового
14. Распределение окружных напряжений в диске * Из рисунков видно, что окружные и радиальные напряжения в основании
15. Распределение эквивалентных напряжений в диске * Максимальные эквивалентные напряжения концентрируются в зоне основания межпазового выступа, тем
16. * Уровень напряжений в ободе диска очень высокий. Механические свойства титанового сплава ВТ3-1 показывают, что напряжения
17. *Предлагается несколько методов увеличения ресурса. Первый метод – перепротягивание замковых пазов с увеличением радиуса сопряжения донышка
19. Скачать презентацию

Слайд 2

* Математическое моделирование раскрывает для конструктора большие возможности анализа процессов

и состояний, позволяет существенно уменьшить экономические затраты на разработку и значительно сократить сроки создания авиационных ГТД. При этом с высокой степенью достоверности могут быть спрогнозированы ресурс и надёжность основных деталей авиационных ГТД.

* В своей работе, используя современные средства вычислительной техники, внедренные численные методы, а именно, метод конечных элементов, покажем последовательность создания геометрической объемной модели рабочего колеса компрессора ГТД, конечно-элементной модели данного объекта исследования, и, наконец, расчетной модели.

Слайд 3

Фрагмент разрушения рабочего колеса компрессора двигателя Д-36
* История эксплуатации данного

рабочего колеса в составе ротора компрессора низкого давления имеет случаи разрушения диска от основания межпазового выступа.

Слайд 4

*Геометрическая модель включает в себя точки, линии, поверхности, объемы. Геометрическая

модель сектора рабочего колеса компрессора авиационного ГТД предназначена для импортирования в расчетный комплекс ANSYS для создания модели высокого уровня с цель проведения прочностных исследований.

Геометрические 3-D модели лопатки и диска, импортированные из Unigraphics в ANSYS.

Слайд 5

* Суть метода конечных элементов заключается в том, что область,

занимаемая конструкцией, разбивается на множественное число подобластей. Последние носят название – конечных элементов, а сам процесс разбивки – генерацией конечно-элементной сетки, используя геометрическую модель объекта исследования.

* При генерации конечно-элементной сетки мы помнили, что критическая зона объекта исследования находится в основании межпазового выступа. Именно в этой зоне мы предельно уменьшили размер элемента, для получения более точного значения результатов расчета.

Слайд 6

Конечно-элементная модель сектора рабочего колеса

Слайд 7

*В ободной части математической модели заметно значительное сгущение конечных

элементов, что обеспечивает более точное определение напряжений в исследуемой зоне.

Конечно-элементная модель сектора диска

Слайд 8

* Расчетная модель - это конечно-элементная модель с учетом

всех возможных внешних нагрузок:
- частота вращения;
- учет центробежных сил, распределенных аэродинамических давлений на лопатки;
- учет нелинейного контактного взаимодействия диска с лопаткой;
- температурное поле;
- заданные ограничения перемещений.

* На конечно-элементной модели реализуем условие циклосимметрии: каждому узлу левой стороны диска соответствует узел правой стороны диска. Различие координат узлов только в угле проворота (угол сектора диска 360/z, где z -число лопаток).

Слайд 9

Реализация условия циклосимметрии диска

Слайд 10

* Создаем левый и правый контакты замкового соединения диск-лопатка.

Среди характеристик контакта обязательно учитываем трение.

Контактные пары диск-лопатка (левая и правая)

Слайд 11

.
Расчетная модель сектора рабочего колеса
с температурным полем
*

Заметим, что температура обода ниже температуры ступицы, что является причиной увеличения окружных напряжений в ободной части диска. Следует заметить, что и по ширине обода тоже имеется температурный перепад, что усугубляет напряженное состояние в ободной части.

Слайд 12

* Результаты расчета анализируем в цилиндрической системе координат.
В

качестве результатов расчета представлены:
- радиальные перемещения рабочего колеса;
- радиальные напряжения;
- окружные напряжения;
- эквивалентные напряжения, служащие основанием для назначения ресурса детали.

Слайд 13

Распределение радиальных напряжений в диске
* Наглядно видно, как

локализуется концентрация радиальных напряжений в основании межпазового выступа

Слайд 14

Распределение окружных напряжений в диске
* Из рисунков видно, что окружные и

радиальные напряжения в основании межпазового выступа локализуются в непосредственной близости и определяют величину эквивалентных напряжений.

Слайд 15

Распределение эквивалентных напряжений в диске
* Максимальные эквивалентные напряжения концентрируются в зоне

основания межпазового выступа, тем самым ограничивая ресурс детали.

Слайд 16

* Уровень напряжений в ободе диска очень высокий. Механические свойства титанового

сплава ВТ3-1 показывают, что напряжения концентрации значительно превышают предел текучести.

Зависимость предела прочности и предела текучести от температуры

Слайд 17

*Предлагается несколько методов увеличения ресурса.
Первый метод – перепротягивание замковых пазов с

увеличением радиуса сопряжения донышка паза с боковой поверхностью межпазового выступа.
Второй метод заключается в усилении диска, то есть выполнить усиление обода и, соответственно, ступицы.
Третий метод – переход на «двузубую ёлочку». Известно, что преимуществом замка «ёлочки» перед «ласточкиным хвостом» является именно усиление межпазового выступа в основании, где и концентрируются напряжения.
Четвертый метод – изменение геометрии донышка паза, а именно переход от плоской формы к закругленной, что позволяет увеличение радиуса перехода от донышка паза к рабочим поверхностям диска.