Разработка и применение компьютерной технологии для численных исследований прочности, устойчивости и малоцикловой долговечности сложных элементов авиационных двигателей

• Автор: Речкин, Вадим Николаевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саров
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ РАСЧЁТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ СЛОЖНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1Л. Основные особенности и преимущества разработанной

компьютерной технологии построения сложных расчётных моделей

1Л Л. Особенности работы с CAD - геометрией и подготовки её

поверхностной сетки в pro-surf

1 Л.2. Основные возможности и преимущества программы pro-FE

для построения сложных расчётных моделей

1Л .3. Разработка дополнительных специализированных

программных средств для «адаптации» возможностей pro-FE к генерации сеток на моделях сложных типовых элементов двигателей
1Л .4. Повышение эффективности процесса формирования граничных условий на дискретных моделях большой размерности
1 Л.5. Примеры КЭ моделей сложных узлов ГТД и особенности их
построения для решения задач разного класса
1Л .5 Л. Модели заднего стоечного узла для расчета его
прочности и устойчивости
1Л .5.2. Модели заднего стоечного узла для расчета
теплового и термонапряжённого состояний
1.1.5.3. Модель ротора вентилятора для расчета статической
и динамической прочности его элементов
1.2. Преимущества использования разработанной технологии при расчетной оптимизации геометрии сложных элементов авиационных двигателей
1.2.1. Особенности и преимущества использования технологии для подготовки расчетных сеток в процессе оптимизации конструктивных форм деталей

1.2.2. Применение технологии для оптимизации конструктивных
форм сложных элементов ГТД БаМ
1.3. Выводы
Глава 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КВАЗИСТАТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ РОТОРА ВЕНТИЛЯТОРА ПРИ НОРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
2.1. Анализ напряжённо-деформированного состояния различных конструктивных вариантов вентиляторной лопатки.
Исследования сходимости результатов
2.1.1. Исходный вариант лопатки
2.1.2. Модификация лопатки №1
2.1.3. Модификация лопатки №2
2.1.4. Модификация лопатки №3
2.1.5. Анализ полученных результатов
2.2. Анализ влияния аэродинамической нагрузки
2.3. Расчет квазистатического НДС основных конструктивных элементов ротора при нормальных условиях эксплуатации
2.3.1. Расчеты НДС на модели сектора ротора в 15°
2.3.1.1. Расчеты на моделис зазорами
2.3.1.2. Расчеты на модели без зазоров
2.3.1.3. Сравнительный анализ полученных результатов
2.3.2. Расчеты НДС на модели сектора ротора в 90°
2.3.2.1. Расчет средствами А1Ч8У8
2.3.2.2. Расчет средствами ЬЗ-БУКА
2.3.2.3. Сравнительный анализ полученных результатов
2.4. Выводы
Глава 3. РАСЧЁТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ И
УСТОЙЧИВОСТИ ЗАДНЕГО СТОЕЧНОГО УЗЛА (ЗСУ)

3.1. Расчеты стационарного теплового состояния
3.1.1. Особенности проведения расчётов
3.1.2. Разработка и использование программы для формирования полного температурного поля конструкции и его конвертирования на дискретные модели
3.2. Разработка программы для автоматизации балансировки
силовых нагрузок
3.2.1. Особенности задания распределённых силовых нагрузок в расчётных моделях
3.2.2. Особенности расчётной балансировки нагрузок
3.2.3. Разработка прикладной программы для автоматизации балансировки распределённых силовых нагрузок
3.3. Численные исследования прочности и устойчивости конструкции
3.3.1. Используемые программные средства и основные численные алгоритмы
3.3.2. Исследования сходимости результатов численных расчётов при измельчении расчётной сетки
3.3.3. Исследования прочности
3.3.4. Исследования устойчивости
3.4. Выводы
Глава 4. РАСЧЁТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАЛОЦИКЛОВОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗСУ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВОМ НАГРУЖЕНИИ ПО ПОЛЁТНЫМ ЦИКЛАМ
4.1. Технология численного моделирования термонапряжённого состояния ЗСУ при нагружении по заданному полётному циклу
4.1.1. Расчёты нестационарного теплового состояния
4.1.2. Расчеты термонапряженного состояния на основе метода
конечных элементов

из вариантов конструкции ЗСУ с дополнительными элементами, построенной в номинальных размерах, представлен на рис. 1.13. На рис. 1.14 отдельно показана КЭМ ЗСУ. Размерность полной модели, представленной на рис. 1.13, составляет ~ 1,4 млн. конечных элементов. В табл. 1.2 представлены параметры расчётной сетки для каждого из конструктивных элементов.
Рис. 1.13. КЭМ одного из вариантов рис. 1.14. КЭМ одного из вариантов
конструкции ЗСУ в номинальных размерах с конструкции ЗСУ в номинальных размерах дополнительными элементами
Поля температур для полной КЭМ конструкции, необходимые для проведения расчётов её податливости и термонапряжённого состояния, формировались из расчётных температурных полей отдельных типовых секторов с использованием специально разработанной программы-конвертора, общая схема работы которой описана в главе 3.
Таблица 1.2. Параметры расчётной сетки для одного из вариантов модели ЗСУ с присоединёнными деталями для расчётов податливости и теромнапряжённого состояния
№ Деталь Количество элементов Тип элемента Характерный размер элемента, мм
1 ЗСУ 905 ООО изопараметри-ческий 8-узловой элемент с расширенными функциями формы 3.6 *3.4 х1
2 фрагмент конуса 35 ООО 48x3.5x2
3 корпус ТНД 145 ООО 3.4 х3.2 х1
4 фрагмент смесителя 83 ООО 3.8 х2.8 х0
5 корпус опоры подшипника 85 ООО 2.0 х2.3 х2