Прочность композиционной лопатки компрессора газотурбинного двигателя

• Автор: Нусратуллин, Эдуард Марсович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 154 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛОПАТКИ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО РЕШЕНИЯ (Литературный обзор)
1.1. Общая характеристика проблемы и задачи, возникающие при
ее решении
1.2. Работы ведущих зарубежных авиадвигателестроительных компаний по применению композиционных материалов в перспективных авиационных двигателях
1.3.Работы ведущих отечественных авиадвигателестроительных компаний по применению композиционных материалов в перспективных авиационных двигателях
1.3.1. Исследования ФГУП ЦИАМ и ФГУП ВИАМ
1.3.2. Исследования ОАО «НЛП Мотор»
1.4. Исследования напряжений в замковых соединениях лопатки с компрессором
1.5. Методы механики композиционных материалов и теории упругости анизотропных тел
1.6. Механические и физические характеристики компонент композиционного материала
1.6.1. Механические и физические характеристики углеродных волокон
1.6.2. Механические и физические характеристики борных волокон
1.6.3. Механические свойства магния и сплавов на его основе
1.6.4. Механические и физические характеристики титановых сплавов
1.7. Основные уравнения, применяющиеся при решении задач по прочности композиционной лопатки компрессора
1.7.1. Соотношения теории упругости анизотропных тел
1.7.2. Численные решения уравнений теории упругости
1.7.3. Соотношения для оценки прочности композиционной лопатки

1.7.4. Исследования автора
1.8. Основные результаты главы
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ МАГНИЕВОЙ МАТРИЦЫ,
АРМИРОВАННОЙ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ
2 Л. Общая характеристика исследования
2.2. Структура композиционного материала
2.3. Экспериментальное изучение прочности углеродной нити
2.3.1. Весовые и размерные параметры углеродной нити и её волокон
2.3.2 .Испытание углеродной нити на прочность при растяжении... з
2.4. Экспериментальное исследование упругих и прочностных свойств углеродомагния при растяжении и изгибе
2.4.1. Образцы для испытаний и испытательное оборудование /\
2.4.2. Результаты испытаний по определению модуля упругости
и предела прочности углеродомагния при растяжении и изгибе
2.4.3. Обсуждение результатов исследований модуля упругости и предела прочности углеродомагния при растяжении и изгибе
2.5. Моделирование напряженно-деформированного состояния образца из углеродомагния при растяжении
2.5.1. Общая характеристика исследования
2.5.2. Геометрическая форма прямоугольного образца и его размеры
2.5.3. Конечно-элементная сетка по объему прямоугольного образца
2.5.4. Напряженно-деформированное состояние прямоугольного образца из композиционного материала при растяжении
2.6. Методика уточнения результатов расчета, полученных численным методом, и оценка их точности
2.6.1. Постановка задач
2.6.2. Методика экстраполяции при неизвестном порядке аппроксимации
2.6.3. Экстраполяция применительно к вычислению максималь

ных напряжений в прямоугольном образце из композиционного материала
2.7. Оценка точности результатов расчетов максимальных напряжений в образцах при растяжении
2.7.1. Обработка результатов численных расчетов максимальных напряжений в прямоугольном образце
2.7.2. Оценка точности результатов расчетов максимального напряжения в образце из КМ по относительной ошибке
2.8. Напряженно-деформированное состояние при растяжении образца из композиционного материала, имеющего зауженную рабочую
зону
2.8.1. Форма и размеры образца с зауженной рабочей зоной
2.8.2. Результаты расчетов НДС для образца в форме лопатки
2.9. Растяжение прямоугольного образца при одинаковых узловых силах на поверхностях захватов
2.10. Растяжение прямоугольного образца при внешней нагрузке, равномерно распределенной по площади поверхности образца, взаимодействующей с захватами
2.11. Основные результаты главы 2
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИБРИДНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
3.1. Постановка задачи и этапы её решения
3.2. Представительный элемент гибридного композиционного материала
3.3. Анизотропный однородный материал, эквивалентный гибридному композиционному материалу
3.3.1. Моделирование напряженного состояния представительного элемента при его деформации вдоль оси X
3.3.2. Моделирование напряженного состояния представительного элемента при его деформации вдоль оси
3.3.3. Моделирование напряженного состояния представительного элемента при его деформации вдоль оси
3.3.4. Моделирование напряженного состояния представительного элемента при деформации сдвига у

2.2. Структура композиционного материала
Рассматривается композиционный материал, изготовленный на основе магниевого сплава МЛ-10, армированного углеродными нитями.
На рис. 2.2.1 представлена микрофотография углеродного волокна. Видно (рис. 2.2.1), что углеродное волокно имеет прямолинейную форму и
круглое поперечное сечение диаметром <7 « 7 - 10 мкм = 0,7 10_:> - 1 10~° м.
На рис. 2.2.2 представлена фотография пучка углеродных волокон.
Рис. 2.2.1. Углеродное волокно и его разме- Рис. 2.2.2. Пучок углеродных волокон в угры леродной нити
На рис. 2.2.3 представлена фотография структуры композита в образце. Видно (рис. 2.2.3), что:
• для изучаемого однонаправленного композиционного материала не все армирующие волокна уложены вдоль заданного общего направления, т. е. в условиях реального процесса изготовления КМ не всегда удается обеспечить заданное направление армирования;
• наблюдаются значительные зоны, в которых нет матричного материала образца, что свидетельствует о недостаточном качестве пропитки пакета армирующих волокон матричным материалом.
На рис. 2.2.4 показаны фрагменты углеродных волокон, выделенные из образца композиционного материала, и окружающий ее матричный материал - магниевый сплав МЛ-10. Видно (рис. 2.2.4), что магниевый сплав соприка-