Контактная задача статического и динамического анализа сборных роторов турбомашин

• Автор: Пыхалов, Анатолий Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 428 с. : ил.

Условные обозначения

Индексы

Список основных приведенных величин

Список основных сокращений

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1Л Современное состояние вопросов, связанных с оценкой работоспособности роторных систем высоконагруженных турбомашин

1.2 Обоснование научной проблемы применения контактной

задачи для анализа сборных роторов турбомашин

1.3 Постановка задачи и определение понятия конструктивной дисфункции сборных роторов турбомашин

1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ (НДС) РОТОРОВ ТУРБОМАШИН
2.1 Анализ теоретических подходов МКЭ и основные зависимости вариационно-энергетического принципа метода перемещений
теории упругости для расчета роторов турбомашин
2.2 Разработка модели объемного напряженно-деформированного состояния деталей турбомашин
2.3 Разработка конечных элементов типа: балка, пластина, сосредоточенная масса, интерполирующие элементы
2.4 Анализ точности и сходимости численного решения упругой
задачи МКЭ в полярно-цилиндрической системе координат
2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3. КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА МЕХАНИКИ ДЕФОРМИРУЕМОГО ТЕЛА ПРИ РАСЧЕТЕ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ РОТОРОВ ТУРБОМАШИН
3.1 Математическая модель контактной задачи расчета НДС
сборной конструкции ротора
3.1.1 Разработка модели контактного конечного элемента сопряжения конструкций (КЭСК) деталей в сборном роторе
3.1.2 Преобразование координат КЭСК в глобальной системе полярно-цилиндрических координат
3.1.3 Модель адаптации величины штрафной жесткости в КЭСК
3.2 Разработка алгоритма программной реализации контактной
задачи расчета НДС конструкции сборного ротора
3.3 Анализ точности и сходимости с применением контактного конечного элемента в расчете сопряжения деталей ротора
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО НДС СБОРНОЙ КОНСТРУКЦИИ РОТОРА ЕГО ДЕТАЛЕЙ
4.1 Разработка модели упруго-пластического поведения деталей
роторов турбомашин
4.2 Применение численного итерационного метода
4.3 Разработка алгоритма решения задачи расчета упруго-пластического НДС сборной конструкции ротора
4.4 Проверка точности решения упруго-пластической задачи
4.5 Выводы по главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ КОНТАКТНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
И ТЕПЛООБМЕНА В СБОРНЫХ РОТОРАХ ТУРБОМАШИН
5.1 Разработка модели контактной теплопроводности и теплообмена
в сборной конструкции ротора ГТД
5.1.1 Реализация метода конечных элементов для задачи анализа стационарной теплопроводности и теплообмена турбомашин
5.1.2 Разработка конечного элемента контактной теплопроводности, при расчете поля температур в сборной конструкции ротора
5.2 Алгоритм решения задачи контактной теплопроводности и теплообмена в сборной конструкции ротора
5.3 Анализ точности и сходимости в контактной задаче расчета стационарной теплопроводности деталей турбомашин
5.3.1 Анализ точности и сходимости в задаче расчета стационарной теплопроводности деталей турбомашин
5.3.2 Анализ точности и сходимости решения задачи стационарной теплопроводности с применением контактного конечного элемента
5.4 Отработка методики расчета температурного поля для сборной конструкции ротора
5.4.1 Сравнительный анализ полей температур рабочего диска, монолитного ротора и сборного ротора
5.4.2 Анализ теплового состояния сборного ротора
относительно вариации условий сопряжения
5.5 Выводы по главе
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СБОРНЫХ РОТОРОВ ТУРБОМАШИН
6.1 Разработка математической модели МКЭ расчета вынужденных колебаний сборных роторов турбомашин
6.2 Алгоритм решения задачи расчета вынужденных колебаний сборных роторов турбомашин
6.3 Проверка достоверности численного решения МКЭ относительно аналитического решения определения АЧХ монолитных конструкций
6.3.1 КЭ модель стержня
Представленный принцип диагностирования состояния конструктивной дисфункции сборного ротора отражает лишь внешнюю сущность рассматриваемой задачи. Внутреннее ее содержание состоит из решений некоторого минимального, используемого в данной работе, набора физических задач, составляющих методологию определения состояния конструктивной дисфункции

сборного ротора. Алгоритм работы по этой методологии содержит (как минимум) пять блоков взаимозависимых задач:
- Первый блок представляет собой анализ НДС сборного ротора на исходном режиме, когда действуют нагрузки только от условий сопряжения деталей ротора.
- Второй блок содержет анализ НДС сборного ротора на рабочем режиме, когда, кроме нагрузок от сопряжения деталей, действуют рабочие нагрузки, определяемые внешними и инерционными силами, а также температурным воздействием.
- Третьим блоком является расчет контактной теплопроводности и теплообмена. С граничными условиями в виде теплового потока от проточной части двигателя, конвективным теплообменом деталей ротора во внешнюю среду, а также теплообменом в местах сопряжения деталей относительно контактного механического давления между ними.
- В четвертый блок входит задача анализа амплитудно-частотных характеристик сборного ротора. С граничными условиями относительно жесткостей опор ротора и внешним воздействием в виде периодического динамического воздействия.
- Пятый блок предназначен для управления первыми четырьмя блоками и направлен именно на диагностирование состояния конструктивной дисфункции
« сборного ротора. Блок-схема работы этого блока приведена в разделе 7.1.
Представленное исследование и диагностирование работы турбомашины со сборным ротором может проводиться, как с целью проектирования и оптимизации его конструкции, так и при расследовании причин появления в ней по-