Совершенствование методов автоматизации проектирования газотурбинных установок

• Автор: Холмянский, Игорь Антонович
• Шифр специальности: 05.13.12, 05.14.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 359 с. : ил.

1.1 Состояние вопроса

1.2 Методология САПР для ГТУ и задачи по ее разработке.

Глава 2. Разработка системы оптимизации газодинамических расчетов узла турбины. Разработка конечноэлементных моделей газодинамики в межлопаточных каналах турбины

2.1. Оптимизация газодинамических расчетов по струйной теории

2.2 .Газодинамический расчет межлопаточной зоны соплового аппарата

методом конечных элементов.

2.3. Моделирование трехмерного дозвукового потенциального течения сжимаемого газа в межлопаточном канале неподвижной решетки

2.4. Моделирование трансзвукового обтекания профилей.

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования ползучести жаропрочных сплавов и моделирование долговечности дисков турбин с учетом вида деформаций и истории нагружения. Конечноэлементные исследования напряженнодеформированного состояния деталей ГТУ

3.1. Экспериментальное исследование жаропрочных сталей ВЖЛУ и

3.2. Математическая модель и результаты расчетов долговечности диска

ГТУ с учетом истории нагружения
3.3.Численное моделирование напряженнодеформированного состояния деталей ГТУ методом конечных элементов.
3.4. Экспериментальная проверка программного комплекса конечноэлементного расчета напряженнодеформированного состояния
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования и численное моделирование
температурных полей, деформаций и напряжений в деталях тепловых
двигателей
4.1.Экспериментальные исследования температурных полей и
коэффициентов теплоотдачи.
4.2.0пределение коэффициентов теплоотдачи датчиками ИМТК
4.3.Численное моделирование объемных температурных полей деталей
4.4. Теоретическое определение коэффициентов теплоотдачи новых изделий ГТУ.
4.5. Расчет нестационарного температурного поля деталей ГТУ
Глава 5. Экспериментальные исследования и сопоставительный анализ камер сгорания ГГУ
5.1. Экспериментальные исследования камер сгорания ГТУ
5.2. Исследование дисперсности распыла и факела струи топлива
5.3. Трехмерное моделирование рабочего процесса в камере сгорания ГТУ.
5.4. Трехмерное моделирование рабочего процесса поршневых
двигателей
Глава 6 Экспериментальные исследования частотных характеристик лопаток и дисков турбин и методы отстройки от резонансных разрушений. Исследование уплотнений газовоздушных трактов ГТУ
6.1 Общая методология исследования причин разрушения лопаток ГТУ.
6.2 Исследование причин вибрационного разрушения лопаток ГТУ
6.3. Определение трещин в лопатках голографическим методом
6.4.Исследование напряженнодеформированного состояния лопаток турбины голографическим методом при резонансных колебаниях
6.5. Расчет собственных колебаний осесимметричных дисков 2 переменной толщины методом конечных элементов
6.6. Исследование уплотнений газовоздушных трактов ГТУ.
Глава 7 .Программный комплекс автоматизированного проектирования турбины ГТУ.
7.1. Общая структура программного комплекса.
7.2. Программный комплекс расчета характеристик.
7.3. Особенности эксплуатации программного комплекса и результаты
внедрения.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение 1. Методы совершенствования конечноэлементных
расчетов
Приложение 2. Акт внедрения разработок
ЛИТЕРАТУРА


Особое значение придается совмещению проектирования конструкций с разработкой технологических процессов и выпуском технологической документации в соответствии с ЕСТД и программного обеспечения для станков ЧПУ. Система автоматизированного проектирования должна иметь не только вертикальные связи с руководством проекта, но и горизонтальные с производством. Таким образом, графический комплекс и электронный архив решают проблему конструирования, вторым важнейшим направлением при автоматизированном проектировании является система методик расчетов параметров процессов, протекающих при функционировании ГТУ или его агрегатов. Система методик расчета параметров процессов создается на основе анализа декомпозиции по конструктивнофункциональным признакам рис. Декомпозиция объекта исследования по конструктивным и функциональным признакам, как указывает И. Ф. Образцов , 4, позволяет проводить системный анализ жизненного цикла любого элемента конструкции. В сочетании с методом конечных объемных элементов такой подход помогает не только производить математическую обработку более строгих расчетных моделей сложных конструкций, но и делать это рациональным способом, а именно разрабатывать алгоритмы анализа и синтеза конструкций, уменьшать время счета и потребные объемы памяти ЭВМ. Рис. Эксперимент, нсслсл. ГТУ2. Рис. Элек1роииый архив конструктора разработчика ГТУ
Для каждой подконструкции элемента декомпозиции создается свой эффективный алгоритм расчета и последующего синтеза всего объекта исследования. Такой подход позволяет резко уменьшить потребный объем памяти в ЭВМ, время счета и рационализировать обмен информацией отдельными файлами. Еще в х г. Большие затраты времени на формирование элементной структуры разбиения конструкций на элементы. Отсутствие средств преобразования информации от внешних систем задание граничных условий. Длительность цикла обработки результатов визуализация решения. МКЭ занимало от до времени. При этом весь цикл расчета модели с 0. Теперь на ввод геометрии, автоматическое разбиение на элементы и вывод результатов расчета исследуемого параметра при числе узлов 0 и более на компьютере типа i затрачивается не более мин. Вторым ключевым моментом при автоматизированном проектировании является численное трехмерное моделирование всех процессов, оказывающих какоелибо воздействие на элементы конструкции при эксплуатации изделия. Как показала практика, наиболее эффективным оказался МКЭ , , , , 8, 9, 4, 6, 7, 7, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 0, 1, 2. Разработаны зарубежные программные комплексы , i, и др. ОКБ Антонова комплекс Фронт, созданный В. И. Миньковичем и В. В.И. Бакулин, Рассоха комплекс, разработанный МАИ совместно с ЦАГИ, И. Ф. Образцов, Ю. И. Иванов, Л. М. Савельев, применяемый в ОКБ Илыошииа и в ОКБ Туполева комплекс З. И. Бурмана с участием О. М. Аксенова, В. И. Лукашенко, М. Т. Тимофеева суперэлементный расчет в ОКБ Миля. В настоящее время созданы программные комплексы МКЭ для персональных компьютеров типа i, выполняющие конечноэлементные расчеты с сотнями тысяч неизвестных за 1. Сложности анализа полученных результатов преодолены за счет введения линий равного уровня или цветовой гаммы величин параметра в любом сечении трехмерного объекта. Введение автоматизированного разбиения расчетной области резко сократило затраты времени на подготовку данных для расчета МКЭ, а применение адаптивных самонастраивающихся сеток в процессе расчета повысило точность вычислений в местах концентрации параметра. МКЭ позволяет не только выполнять одновременное трехмерное моделирование напряженнодеформированного состояния, жесткости, температурных полей и весовых характеристик конструкции, но и моделировать течение газов, жидкостей и их взаимодействие с элементами ГТУ или другого агрегата. В положении о ресурсном проектировании ЦИАМ указывается, что использование численных методов методов конечных элементов и граничных элементов позволяет снизить расчетные коэффициенты запаса прочности и значительно уменьшить объем экспериментально доводочных работ. Разработанные автором программные комплексы МКЭ изложены в главах 2, 3, 4, 5, 6. Блок 4 рис. Г1К, так как в нем сосредоточены все сведения о силовых нагрузках, действующих на узлы ГТУ.