Повышение надежности ГТД на основе компьютерных технологий проектирования и вибродиагностики повреждений лопаток методом эквивалентных масс

• Автор: Михайлов, Александр Леонидович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 178 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Основные положения теории колебания упругих тел

1.1. Собственные частоты, эквивалентные массы и коэффициенты демпфирования упругого тела

1.2. Динамическая податливость упругого тела

1.3. Поперечные колебания стержня

1.4. Динамическая податливость стержня при поперечных колебаниях

1.5. Методы определения собственных частот колебаний лопаток ГТД

1.6. Надежность лопаток ГТД. Отстройка от резонанса на максимальном рабочем режиме при проектировании ГТД. Диаграмма Кэмпбелла

ГЛАВА 2. Метод вибродиагностики, основанный на использовании

эквивалентных масс в качестве диагностического признака..

2.1. Определение эквивалентных масс лопатки на основе
теории стержней
2.2. Нерезонансный метод определения эквивалентных масс упругого тела и его экспериментальная проверка
2.3. Обоснование метода вибродиагностики, основанного на использовании эквивалентных масс в качестве диагностического признака
2.4. Исследование скорости изменения эквивалентных масс и собственных частот колебаний стержня при возникновении
и развитии в нем усталостной трещины
ГЛАВА 3. Диагностика усталостного повреждения лопаток ГТД на основе использования эквивалентных масс в качестве
диагностического признака
3.1. Экспериментальные исследования скорости изменения эквивалентных масс лопатки компрессора ГТД при
возникновении и развитии в ней усталостной трещины
3.2. Диагностика возникновения трещины в лопатках компрессора
3.3. Диагностика возникновения забоины в лопатке ВНА
3.4. Диагностика возникновения усталостной трещины со стороны внутренней полости охлаждаемой рабочей
лопатки турбины ГТД
ГЛАВА 4. Диагностика повреждаемости лопаток турбин ГТД
вследствие перегрева
4.1. Повреждаемость лопаток турбин ГТД вследствие перегрева
4.2. Экспериментальные исследования изменения вибрационных характеристик вследствие перегрева лопаток турбины
4.3. Использование эквивалентных масс в качестве диагностического признака метода вибродиагностики дефектов материала, вызванных перегревом
ГЛАВА 5. Повышение надежности лопаток ГТД на основе
использования современных компьютерных технологий
5.1. Расчет собственных частот колебаний лопаток ГТД
методом конечных элементов
5.2. Отстройка лопаток от резонансных частот
на этапе проектирования ГТД
5.3. Определение формы лопаток на стадии
проектирования ГТД
5.4. Основные выводы по использованию современных компьютерных технологий при проектировании лопаток
ГТД. Результаты внедрения
Заключение
Приложение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Тенденции развития современного газотурбинного двигателе-строения, определяемые требованиями экономичности, характеризуются ростом удельных параметров двигателя, уменьшением массы конструкции, увеличением нагрузок, действующих на узлы и детали. Обеспечение динамической прочности авиационных двигателей относится к разряду наиболее сложных проблем, возникающих при разработке новых моделей и их эксплуатации. К основным показателям качества двигателя, характеризующим степень его совершенства, относятся надежность и ресурс. Улучшение этих показателей связано с необходимостью снижения динамической нагруженности узлов двигателя, так как большинство дефектов ГТД вызвано действием переменных нагрузок, резко возрастающих в условиях резонанса, когда частота собственных колебаний детали совпадает с частотой возмущающей силы.
Систематическое наблюдение за вибрационным состоянием элементов двигателя на всех этапах производства, испытаний и эксплуатации позволяет на ранних стадиях выявлять некоторые дефекты и оценивать техническое состояние двигателя (вибрационная диагностика), что способствует повышению его ресурса и надёжности. Таким образом, динамическая прочность газотурбинных двигателей включает большой комплекс проблем, главными из которых являются:
- расчётное и экспериментальное определение собственных частот и форм колебаний лопаток;
- анализ условий возникновения резонансов и мер по их устранению на рабочих режимах работы двигателя;
- разработка неразрушающих методов вибрационной диагностики технического состояния основных деталей двигателя.
Рабочая лопатка является одной из наиболее напряженных и ответственных деталей ГТД. Последствия разрушения лопаток являются

ругого тела по одной из собственных форм в момент максимальных отклонений точек от их положений равновесия знаки отклонений точек А и В либо совпадают, либо противоположны. В первом случае эквивалентные массы тела Му(А,7а,ВАв) будут положительными, во втором -отрицательными. Например, в случае поперечных колебаний стержня векторы и 1В обычно направляют перпендикулярно стержню и считают, что 7А=7В. Тогда при заданном номере V эквивалентная масса Му будет положительной для тех точек А и В, у которых фазы колебаний будут совпадать при колебаниях стержня по V - й собственной форме и отрицательной для тех точек, у которых эти фазы отличаются на 180°.
Если точка возбуждения В совпадает с точкой наблюдения А, а направление возбуждения - с направлением наблюдения (7В=7Л), то как видно из выражения (1.1.9), эквивалентные массы тела будут положительными для всех собственных форм колебаний.
Если при некотором V собственная функция обращается в нуль
в точке А или В, то Му(а,7а,В,7в)=со, В этом случае в сумме (1.1.8) слагаемое, соответствующее данному у отсутствует.
Если использовать операторную запись, уравнение (1.1.1) можно представить в виде [87].
А У-+=3<'хв ~ х')3<'Ув ~ у')3<‘2в ~ г^р<' ^'1в'
где А и С - некоторые линейные матричные операторы, соответственно инерционный и упругий.
С учетом диссипативных сил уравнение движения можно записать следующим образом [87]:
А^ + В^ + а; = 5(хв - х)8(ув - у)5(гв - г)Р(I) • 7В, дГ ЭГ
где В - диссипативный оператор.