Принципы проектирования и вибродиагностика деталей ГТД на основе математического моделирования объемного напряженно-деформированного состояния

• Автор: Михайлов, Александр Леонидович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 309 с. : ил.

Условные сокращения:

ГТД - газотурбинный двигатель;

НДС - напряженно-деформированное состояние; МКЭ - метод конечных элементов;

ТПР - теория предельного равновесия;

ТВД - турбина высокого давления;

КНД - компрессор низкого давления;

КВД - компрессор высокого давления;

30 - объемная геометрическая модель;

20 - двумерная геометрическая модель;

ВНА - входной направляющий аппарат;

ТВД - турбина высокого давления;

ЭДС - электродвижущая сила;
АП - «Авиационные правила».
Условные обозначения и сокращения
1. Проектирование лопаток турбомашин на основе современных компьютерных технологий математического моделирования их объемного НДС
1.1. Вибрационная прочность лопаток турбомашин. Стержневые и оболочковые модели расчета НДС и собственных частот колебаний лопаток
1.2. Проектирование лопаток турбомашин на основе определения НДС и собственных частот колебаний на трехмерной виртуальной модели МКЭ. Выбор плотности конечно-элементной сетки при модальном анализе лопаток
1.3. Модальный анализ лопатки компрессора с наборным замком
1.4. Исследование влияния податливости диска на частоты собственных колебаний лопаток в системе типа «блиск». Критерий отстройки собственных частот колебаний лопатки от резонансных режимов при проектировании ГТД
1.5. Проектирование компрессорных лопаток повышенной эксплуатационной надежности
1.6. Нормирование допустимых повреждений входной кромки лопатки компрессора на основе математического моделирования объемного НДС
1.7. Основные выводы по использованию современных компьютерных технологий проектирования лопаток ГТД
2. Проектирование дисков ротора ГТД из никелевых сплавов на основе исследования их объемного НДС методом конечных элементов
2.1. Состояние вопроса по расчетной оценке статической прочности дисков ротора ГТД. Коэффициенты запасов статической прочности
2.2. Критерий несущей способности дисков из никелевых сплаbob по предельной суммарной деформации
2.3. Экспериментальная оценка несущей способности дисков
2.4. Проектирование дисков ротора ГТД на основе критерия предельной суммарной деформации
2.5. Выводы
3. Неразрушающий метод вибродиагностики упругих тел с использованием в качестве диагностического признака локального модального параметра «обобщенная эквивалентная масса»
3.1. Состояние вопроса по методам диагностики упругих тел
3.2. Основные положения теории колебаний упругих тел
3.2.1. Динамическая податливость
3.2.2. Поперечные колебания стержня
3.3. Динамическая податливость при поперечных колебаниях стержня
3.4. Определение эквивалентных масс упругой системы при различных параметрах возбуждения и наблюдения
3.5. Нерезонансный метод определения эквивалентных масс упругого тела и его экспериментальная проверка
3.6. Обоснование метода вибродиагностики, основанного на использовании эквивалентных масс в качестве диагностического признака
3.7. Исследование скорости изменения эквивалентных масс и собственных частот колебаний стержня при возникновении
и развитии в нем усталостной трещины
3.8. Выводы
4. Критерий повреждаемости твердого тела на основе математического моделирования объемного НДС методом конечных элементов
4.1. Численное определение эквивалентных масс упругих тел средствами системы ANSYS
4.2. Математическое моделирование процесса возникновения и развития дефектов в материалах нагруженных деталей ГТД

Таблица 1
Результаты расчета частот собственных колебаний центробежного колеса
Форма колебаний Число узловых диаметров
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Частота колебаний, Гц
1 2531 2532 2533 2534 2535 2536 2537 2537 2537 2537
2 3617 5002 5095 5105 5111 5115 5118 5120 5121 5121
3 5115 5282 6292 6845 7028 7060 7071 7075 7077 7077
4 7095 7106 7128 7205 7496 7744 7780 7787 7789 7789
5 7738 7790 7804 7811 7827 7950 8220 8431 8552 8552
6 8157 8520 8582 8605 8622 8634 8641 8642 8630 8630
7 8684 9406 11245 11284 11270 11245 11214 11185 11167 11167
8 11291 11298 11468 11983 12062 12133 12211 12287 12338 12338
• • • • • • ... • • • • • • ... • • • • • • ,,, • • *
11 14785 14943 15091 15232 15361 15438 15527 15631 15704 15704
/) - “короткая”
fs - “полная”
/< - “полная” fз - “полная”
у} - “короткая”
/, - “короткая”
_/} - “полная”
/, - “полная”
0123456789 Число узловых диаметров
Рис. 1.17. Диаграмма совместных колебаний системы «диск + лопатки» при п = 0, 1-20 °С
юиии
12000
11000
10000
9000

1 800° (О

I 7000 з

| 6000 £ 5000
4000