Прогнозирование ресурса рабочих лопаток турбин авиационных ГТД

• Автор: Киселев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05, 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ, ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ПРОЧНОСТНОЙ НАДЕЖНОСТИ РАБОЧИХ ЛОПАТОК. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Традиционные методы расчета на прочность, долговечность и оценка запасов длительной прочности рабочих лопаток

1.1.1. Методы расчета НДС рабочих лопаток

1.1.2. Оценка запасов прочности и долговечности рабочих лопаток

1.2. Вероятностные методы оценки прочности и долговечности конструкций

1.3. Цель и задачи исследования

2. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ДЕФЕКТОВ РАБОЧИХ

ЛОПАТОК В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1.Условия эксплуатации рабочих лопаток турбин авиационных ГТД

2.2. Анализ дефектов рабочих лопаток турбин авиационных ГТД в условиях эксплуатации
3. РАСЧЕТНЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ РАБОЧИХ ЛОПАТОК И ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАГРУЖЕННОСТИ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН В ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Расчет РЛ из сплава ЖС6УВИ методом стержней переменного сечения
3.2. Расчет РЛ из сплава ЖСЗОВИ методом стержней переменного сечения
3.3. Последовательность расчета методом конечных элементов
3.4. Расчет РЛ из сплава ЖС6УВИ методом конечных элементов
3.5. Расчет РЛ из сплава ЖСЗОВИ методом конечных элементов
3.6. Сравнение результатов расчета по МКЭ и по теории стержней
3.7. Анализ закономерностей нагруженности рабочих лопаток
турбин в эксплуатации
4. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
РАБОЧИХ ЛОПАТОК
4.1. Оценка влияния эксплуатационной наработки на
долговечность жаропрочного сплава рабочих лопаток ЖС6УВИ
4.2. Анализ влияния эксплуатационной наработки на
долговечность жаропрочного сплава рабочих лопаток ЖСЗОВИ
4.3. Оценка предела длительной прочности сплавов ЖС6УВИ и ЖСЗОВИ в зависимости от эксплуатационной наработки
4.4. Определение закона распределения и числовых характеристик выборок значений предела длительной прочности в исходном состоянии и после эксплуатационной наработки сплавов ЖС6УВИ и ЖСЗОВИ
5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНОГО ПОДХОДА
5.1. Описание метода прогнозирования долговечности
5.2. Оценка прочностной надежности рабочих лопаток турбин
6. ВЕРИФИКАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО МЕТОДА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНКРЕТНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТУРБИН АВИАЦИОННЫХ ГТД
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
8. СГ1ИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ


Тогда для расчета лопаток была использована известная техническая теория длинных призматических стержней. Эта теория основана на классических допущениях о плоском неискажаемом поперечном сечении стержня и о пренебрежимой малости поперечных напряжений в нем. По существу она является упрощенным прикладным аналогом классической теории СенВенана о растяжении, кручении и изгибе прямых упругих стержней. Техническая теория призматических стержней практически применима для расчета длинных слабо закрученных лопаток сплошного сечения. Она использовалась для расчета статического НДС, собственных колебаний, для решения задач ползучести и пластичности различных лопаток двигателей. С целью учета поперечных напряжений И. А. Биргер предложил в шестидесятых годах полупространственную теорию призматических стержней , , которая основана на классической теории Митчелла. В полупространственной теории техническая теория дополняется решением двухмерной задачи упругости пластичности, ползучести для плоского поперечного сечения стержня. В силу принятых допущений полупространственная теория позволяет практически верно оценить поперечные напряжения в середине длинного призматического стержня. Однако эти напряжения достигают наибольших значений обычно у корневого и периферийного сечений охлаждаемых лопаток. Значительный шаг в развитии моделей лопаток был сделан в г. Б.Ф. Шорром , 3, 4, 9, 9. Ограниченность модели призматического стержня была очевидна даже на слабо закрученных лопатках. Поэтому Б. Ф.Шорр построил приближенную теорию естественно закрученных стержней с прямыми торцами и, возможно, слабо искривленной осью. Эта теория нашла широкое применение при решении разнообразных задач динамики и прочности лопаток компрессоров и вентиляторов , , , , , 3, 0. Однако на опытных широкохордных лопатках проявились недостатки предложенной теории 7. В первой половине х годов начали создаваться программы решения двумерной плоской задачи и трехмерной задачи механики деформируемого твердого тела на основе МКЭ , представляющего эффективный пример наиболее полного машинного подхода. При этом использовались в основном треугольные элементы с линейной аппроксимацией перемещений. Эти программы применяются для решения плоской задачи в полупространственной теории стержней и для расчета хвостовиков лопаток. Они оказались эффективными на двумерных областях различной формы при отсутствии существенной концентрации напряжений. Опыт показал, что для эффективного расчета концентрации напряжений в лопатках необходима квадратичная аппроксимация перемещений . В большинстве случаев расчет напряженнодеформированного состояния рабочих лопаток проводится на основе теории стержней переменного сечения. Рассмотрим основы этого метода 7, 8, . Профильная часть не очень коротких рабочих лопаток обычно рассматривается как стержень переменного сечения, имеющий начальную закрутку. Пакет лопаток, объединенный бандажом или проволокой, образует статически неопределимую стержневую систему. Расчет лопаток на основе теории стержней дает в большинстве случаев достаточную для практических расчетов точность. Рассмотрим основные подходы в расчете рабочих лопаток указанным выше методом. Основными нагрузками, действующими на лопатку, являются газодинамические и центробежные силы. Газодинамические силы определяются на основании специального расчета, предшествующего обычно расчету на прочность. В таком расчете часто ограничиваются определением только газодинамических параметров, поэтому приведем уже конечные формулы для расчета газодинамических сил. Окружная составляющая газодинамических сил
Ри РСаС2и и, 1. Си С2и окружные составляющие абсолютной скорости газа на входе и на выходе соответственно. Положительное направление для ри соответствует положительному направлению векторов С2и и С1и. Оно соответствует направлению окружной скорости. Ра Р Рг РСа 2аса, 1. Рь Рз давления газа на входе и на выходе соответственно с2а осевая составляющая абсолютной скорости газа на выходе. Положительное значение Ра, определяемое из этой формулы, соответствует направлению вдоль потока.