Разработка эффективных режимов скоростного индукционного нагрева изделий с учетом термических напряжений

• Автор: Лепешкин, Александр Роальдович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 317 с. : ил.

1. ТЕРМИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ИЗДЕЛИЯХ ПРИ ИНДУКЦИОННОМ НАГРЕВЕ

1.1. Термические напряжения в тепловых процессах

1.2. Моделирование термических напряжений и нагрузок в дисках и лопатках авиадвигателей при стендовых испытаниях

1.3. Процессы индукционного нагрева и термические напряжения. Постановка задач

2. КОМПЛЕКС МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА И ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИЯХ

2.1. Алгоритм и блок-схема расчета параметров индукционного

нагрева и термонапряжений в изделиях

2.2. Особенности расчета режимов индукционного нагрева, теплового и термонапряженного состояния дисков и лопаток при термоциклических испытаниях

2.3. Описание комплекса программ

2.4. Проверка адекватности и область применения математических моделей

2.5. Выводы по главе

3. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ СКОРОСТНОГО ИНДУКЦИОННОГО СКВОЗНОГО НАГРЕВА И ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
В ИЗДЕЛИЯХ
ЗЛ. Скоростные режимы индукционного нагрева металлических заготовок круглого сечения
3.2. Режимы индукционного нагрева с учетом допустимых
скоростей нагрева и теплопроводности материалов
3.3. Скоростные режимы нагрева ферромагнитных стальных
заготовок круглого и квадратного сечений
3.4. Скоростные режимы нагрева немагнитных металлических
заготовок прямоугольного сечения
3.5. Выводы по главе
4. РАСЧЕТ СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ НАГРЕВА С УЧЕТОМ ТЕРМИЧЕСКИХ И ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ИНДУКЦИОННОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЖЕ ИЗДЕЛИЙ
4.1. Свойства стальных изделий в процессе закалки с учетом фазовых превращений
4.2. Индукционная поверхностная закалка и скоростной нагрев
4.3. Расчет скоростных режимов индукционной поверхностной
закалки изделий с учетом термических и остаточных напряжений
4.4. Выводы по главе
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ НАГРЕВА И ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДИСКОВ ТУРБИН АВИАДВИГАТЕЛЕЙ
5.1. Моделирование эксплуатационных термомеханических и тепловых нагрузок дисков турбин при испытаниях и испытательное оборудование
5.2. Разработка и выбор конструкций индукторов для моделирования скоростных режимов индукционного нагрева и термонапряженного состояния дисков
5.3. Моделирование скоростных режимов нагрева и термонапряженного состояния дисков с использованием индукционного нагрева
5.4. Режимы работы тиристорных преобразователей частоты и энергетические характеристики систем при термоциклических испытаниях дисков
5.5. Выводы по главе
6. МОДЕЛИРОВАНИЕ СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ НАГРЕВАЙ ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАБОЧИХ ЛОПАТОК АВИАДВИГАТЕЛЕЙ
6.1. Воспроизведение эксплуатационных термомеханических и тепловых нагрузок лопаток турбин ГТД при испытаниях
6.2. Испытательное оборудование и устройства индукционного
нагрева для термоциклических испытаний лопаток
6.3. Воспроизведение скоростных режимов нагрева и термонапряженного состояния лопаток с использованием индукционного
нагрева при термоциклических испытаниях
6.4. Метод моделирования режимов термонагружения изделий
для обрыва лопаток
6.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

дисплее компьютера в табличном виде. Это позволяет анализировать нестационарный процесс нагрева по ходу расчета на основе информации о параметрах электромагнитного поля и тепловом состоянии заготовки с визуализацией векторного поля тока, изолиний напряженности магнитного поля, внутренних источников тепла и температур. Выводятся также распределения окружных и радиальных термонапряжений по радиусу детали или заготовки. Интерактивное меню позволяет одновременно просматривать результаты расчета и исходные данные.
Интерактивный режим работы позволяет также проводить многовариантные расчеты, не обращаясь к предыдущим этапам (если часть исходных данных не меняется), с внесением изменений в моделирование процесса нагрева изделия.
2.4. Проверка адекватности и область применения математических моделей
Проверка адекватности математических моделей для расчета параметров электромагнитного поля, нестационарного теплового и термонапряженного состояния изделий осуществлялась путем сравнения численных расчетов с расчетными результатами, полученными по известным математическим моделям, и с результатами экспериментов на физических моделях.
Проверка адекватности электротеплового моделирования проводилась на примере расчета скоростного индукционного нагрева изделия с диаметром 160 мм из ферромагнитной стали 45 с учетом изменения при нагреве удельного электрического сопротивления и относительной магнитной проницаемости и, следовательно, глубины электромагнитной волны.
Наибольшие отклонения расчетных температур от экспериментальных наблюдались на первой стадии нагрева до точки Кюри, характеризуемой максимальной скоростью нагрева 6,4 К/с.