Многокритериальное оптимальное проектирование основных деталей роторов ГТД для ожидаемых условий эксплуатации
Диссертация
Проблема рентабельности эксплуатации решается за счёт повышения топливной экономичности и ресурса двигателя. Повышение топливной экономичности, как правило, осуществляется за счёт повышения параметров рабочего цикла и приводит к повышению температур и нагрузок в основных деталях двигателя. Увеличение ресурса обуславливает повышение циклической нагруженности деталей двигателя, связанной… Читать ещё >
Содержание
- УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
- ВВЕДЕНИЕ
- ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ, ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
- 1. 1. Основные термины и определения
- 1. 2. Обзор литературы
- 1. 3. Обоснование темы диссертации
- 1. 4. Задачи исследования
- 1. 5. Выводы по главе
- ГЛАВА 2. МЕТОДИКА МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ МЕТОДОМ ЛП-ПОИСКА
- 2. 1. Краткая характеристика метода
- 2. 2. Систематический поиск в многомерных областях
- 2. 3. Выбор критериальных ограничений
- 2. 4. Выбор параметров
- 2. 5. Дополнительные возможности метода
- 2. 6. Выводы по главе
- ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДИК И МОДЕЛЕЙ
- 3. 1. Формирование типового полетного цикла двигателя
- 3. 2. Построение конечноэлементных моделей
- 3. 3. Определение температурного состояния деталей роторов
- 3. 4. Определение НДС деталей роторов
- 3. 5. Подсчет числа циклов нагружения
- 3. 6. Выводы по главе
- ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ РОТОРОВ
- 4. 1. Уравнение Мэнсона
- 4. 2. Модификация уравнения Мэнсона
- 4. 3. Эксперименитальная проверка модифицированного уравнения Мэнсона
- 4. 4. Дополнительные возможности модифицированного уравнения Мэнсона
- 4. 5. Модификация улучшенного уравнения универсальных показателей степени
- 4. 6. Выводы по главе
- ГЛАВА 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ РОТОРОВ
- 5. 1. Общая характеристика системы многокритериального оптималь-ного проектирования
- 5. 2. Промежуточный диск турбины высокого давления двигателя ПС-90А
- 5. 3. Диски компрессора высокого давления двигателя ПС-90А
- 5. 4. Диск второй ступени турбины высокого давления двигателя ПС-90А
- 5. 5. Выводы по главе 1
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Список литературы
- Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей (Проект 6-го издания). ЦИАМ, 2003.
- Положение об установлении и увеличении ресурсов газотурбинных двигателей гражданской авиации, их агрегатов и комплектующих изделий. Издание 3, ЦИАМ, ГосНИИ ГА, 1994.
- Авиационные правила, часть 33. Нормы летной годности двигателей воздушных судов. Межгосударственный авиационный комитет. 1994.
- Кузнецов Н.Д. Прогнозирование прочности ГТД большого ресурса // Проблемы прочности. 1976. — № 5. — С.3−9.
- Огородников Д.А., Солонин В. И., Ножницкий Ю. А., Цховре-бов М.М. Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных двигателей // Техника воздушного флота.— 1998.— 72, № 4−5.— С.18−24.
- Дульнев Р.А. Методы установления и подтверждения ресурсов авиационных двигателей в СССР и за рубежом // Вопр. авиац. науки и техн. Сер. Авиац. двигателестр. — 1994. — № 3, 4.2. — С. З—10.
- Иноземцев А.А., Андрейченко И. Л., Сычёв В. К., Пыхтин Ю. А. Первый в России опыт применения второй стратегии управления ресурсом авиационного двигателя // Двигатель. 1999. — № 4. — С. З 1−33.
- Чуйко В.М. Проблемы нелокализованных разрушений авиационных ГТД: Докл. Междунар. конф. по лет. годности и сертифик. авиац. двигателей (ICAE-90), Загорск, ноябрь, 1990 // Вопр. авиац. науки и техн. Сер. Авиац. двигателестр. — 1994. — № 3,4. С.46—52.
- Разрушение ротора ГТД фирмы Rolls-Royce. Rolls-Royce rotor ruptures II Aviat. Equip. Maint. — 1994. — 13, № 7, — С. 55. — Англ. Место хранения ГПНТБ.
- В двигателях значительного числа американских самолетов F-16 обнаружены трещины // Аэрокосмос. — 1999. — № 15. — С. 19.
- Демьянушко И.В., Королева Е. Ф. Оптимальное проектирование дисков турбомашин. // Известия АН СССР. Механика твердого тела. -1972. -№ 2. С. 176−180.
- Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1975. — 534 с.
- Горынин Л.Г., гребелюк Е.М. Определение оптимального профиля диска радиальной ступени турбомашины // Проблемы прочности. -1976. -№ 5. С.62−64.
- Демьянушко И.В. Обеспечение прочности и долговечности при автоматизированном проектировании роторов турбомашин / Прочность элементов роторов турбомашин. Тр. 2-го Респ. науч.-техн. семинара, Киев, 1978. Киев: 1980. — С.94−106.
- Соболь И.М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М: Наука, 1981. — 112 с.
- Джонсон. Перспективы развития проблем оптимизации // Конструирование и технология машиностроения. 1981. — № 4. — С. 1−4.
- Прасад, Хафтка, Бао. Оптимальная конструкция абразивного круга // Конструирование и технология машиностроения. 1981. — № 4. -С.96−101.
- Уайлд Д. Оптимальное проектирование. Пер. с англ. М.: Мир, 1981. — 272 с.
- БратчикВ.Я. Численное проектирование дисков ГТД методом динамического программирования / Тр. ЦИАМ № 996. М: ЦИАМ, 1982. С.86−95.
- Демьянушко И.В., Жестовский В. В., Братчик В. Я. Математические модели прочности и оптимизации роторов при автоматизированном проектировании // Пробл. прочн. 1982. — № 8. — С.90−93.
- Темис Ю.М., Соборнов М. В. Автоматизированное проектирование деталей роторов на основе расчёта напряжённо-деформированного состояния методом конечных элементов // Проблемы прочности. 1982. -№ 8. — С.26−30.
- Беттс. Новые области исследования методов оптимизации в технике // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С.149−153.
- Шенно. Последние достижения в области градиентных методов безусловной оптимизации для больших задач // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С. 154−159.
- Винсент. Использование теории игр при проектировании // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С. 165 172.
- Акаги, Ито. Оптимальное проектирование систем насос-трубопро-вод для откачки нефти из танкеров // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С.176−181.
- Ито, Акаги, Нисикава. Метод многоцелевой оптимизации в задаче проектирования теплоизоляции разветвлённых теплораспредели-тельных трубопроводных систем // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С.182−189.
- Адали. Многокритериальная оптимизация антисимметрично армированных многослойных пластин методом нелинейного программирования // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С.190−196.
- Рао, Гранди. Оптимальное проектирование несущей конструкции радиально-сверлильного станка с ограничениями по статической жёсткости и частотам собственных колебаний // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С.206−211.
- Метвалли, Шавки, Шаробим. Оптимальное проектирование маховиков, изготовленных из разных материалов // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 2. — С.212−217.
- Ко, Тромпет. Оптимизация формы турбинных лопаток // Конструирование и технология машиностроения. 1983. — № 4. — С.22−27.
- Уайлд. Расчёт нового оптимума для изменённых коэффициентов методом геометрического программирования // Конструирование и технология машиностроения. 1984. — № 1. — С.183−190.
- Биргер И.А. Автоматизированное проектирование авиационных двигателей: Тезисы докладов IV отраслевой научно-технической конференции. Труды ЦИАМ № 1095. М: ЦИАМ, 1984. — 3 с.
- Альперт В.Н., Филиппова H.A. Проектировочный и поверочный расчеты турбинного диска. Проектир. и доводка авиац. газотурбин, двигателелей. Куйбышев, 1984, С. 104—113.
- Темис Ю.М., Половой С. А., Соборнов М. В. Применение АРМ при автоматизированном проектировании деталей ГТД с использованием МКЭ: Тезисы докладов IV отраслевой научно-технической конференции. Труды ЦИАМ № 1095. М: ЦИАМ, 1984. — 2 с.
- Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. Пер. с англ. м.: Мир, 1985. — 509 с.
- Биргер И.А. Автоматизированное проектирование и оптимизация: Тезисы докладов V отраслевой научно-технической конференции. Труды ЦИАМ № 1228. М: ЦИАМ, 1987. — 4 с.
- Азарм, Ли. Многоуровневая схема оптимизации с использованием глобального анализа монотонности // Современное машиностроение. Сер.Б. 1990. — № 1. — С.114−118.
- Хансен, Жомар, Лу. Некоторые дальнейшие результаты по монотонности в глобально оптимальном проектировании // Современное машиностроение. Сер.Б. 1990. — № 4. — С.87−95.
- Хансен, Жомар, Лу. Структура алгоритмов в глобально оптимальном проектировании // Современное машиностроение. Сер.Б. 1990.- № 4. С.95−104.
- Хансен, Жомар, Лу. Автоматизированная процедура глобально оптимального проектирования // Современное машиностроение. Сер.Б. -1990. № 4. — С.104−111.
- Чжень, Гун, Чжа. Алгоритм условной квадратичной оптимизации с использованием модифицированной лагранжевой функции штрафа // Современное машиностроение. Сер.Б. 1990. — № 4. — С. 112−119.
- Аронов Б.М., Маслов В. Г. Автоматизация решений проектных задач при создании авиационных ГТД // Изв. вузов. Авиац. техн. — 1993.2. —С.97—100.
- Вайнштейн Л.Л. Расчетное исследование напряженно-деформированного состояния ЦНД и конденсатора паровой турбины // Тяж. ма-шиностр. — 1993. — № 8. — С.2—4.
- Плескач Б.В. Создание компоненты САПР АО «НКМЗ» по анализу и параметрическому синтезу конструкций тяжелых металлургических машин // Вести машиностр. — 1994. — № 3. — С.9—14.
- Кулибаба B.B. Конечноэлементный анализ прочностной надежности и работоспособности оболочечных конструкций // Изв. вузов. Машиностр. — 1994. — № 7−9. — С.29—33.
- Кожинов Д.Г., Ахмедзянов A.M. Интеллектуальный интерфейс для конструирования гибких комплексов автоматизированного проектирования авиационных двигателей // Изв. вузов. Авиац. техн. — 1997. — № 1. С.62−66.
- Абашев В.М. К оптимальному проектированию цилиндрических оболочек // Изв. вузов. Авиац. техн. — 1997. — № 1. — С.81−83.
- Носко П.Л., Калиненко H.A., Носко А. Л. Контурная модификация упругих осесимметричных конструкций на основе конечноэлемент-ного синтеза // Вестн. МГТУ. Сер. Машиностр. — 1998. — № 1. — С.33−46.
- Основы технологии создания газотурбинных двигателей для магистральных самолётов. / Колл. авторов- Под общей редакцией А. Г. Братухина, Ю. Е. Решетникова, А. А. Иноземцева. М.: авиатехин-форм, 1999. — 554 с.
- Кривошеев И.А. САПР авиационных двигателей: состояние и перспективы // Инф. технол. — 2000. — № 1. — С.5−15.
- Лутманов C.B. Курс лекций по методам оптимизации. -Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 368 с.
- Кузменко М., Михайлов А., Галкин О. Технологии проектирования в ОАО «Рыбинские моторы» // Газотурбин, технол. 2001. — № 2. -С.22−24.
- Кожевников В.Ф. Концентрация напряжений в галтели перехода от диска к валу турбинного ротора // Вести машиностр. 2001. — № 7. -С.38−40.
- Уманский С.Э. Алгоритм и программа триангуляции двумерной области произвольной формы // Проблемы прочности. 1978. — № 6. -С.83−87.
- Сакович А.И., Холмянский И. А. Минимизация ширины ленты системы уравнений в методе конечных элементов // Проблемы прочности. 1981. -№ 1. — С.120−122.
- Зенкевич О., Чанг И. Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. Пер. с англ. М.: Недра, 1974. -240 с.
- Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. -392 с.
- НорриД., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. Пер. с англ. М.: Мир, 1981. — 304 с.
- Постнов В.А., Хархурим И. Я. Метод конечных элементов в расчётах судовых конструкций. JL: Судостроение, 1974. — 344 с.
- Михеев М.А. Основы теплопередачи.— М. JL: Государственное энергетическое издательство, 1956. — 392 с.
- Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ. М.: Мир, 1975. — 541 с.
- Новожилов В.В. Основы нелинейной теории упругости. Л.— М.: Гостехиздат, 1948. — 211 с.
- Садырин А.И. Конечно-разностная аппроксимация граничных условий в динамической контактной задаче. Прикладные проблемы прочности и пластичности: Всесоюз. межвуз. сб./Горьк. ун-т, 1979, вып. 6.
- Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1968. — 330 с.
- Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1975. — 400 с.
- Пономарёв С.Д., Бидерман В. Л. и др. Расчёты на прочность в машиностроении. Т. II. М.: Машгиз, 1958.
- ТемисЮ.М. Самокорректирующийся шаговый метод решения нелинейных задач упругости и пластичности. Труды ЦИАМ № 918. М.: ЦИАМ, 1980. -24 с.
- Галин Л.А. Контактные задачи теории упругости и пластичности. М.: Наука, 1980. — 304 с.
- Гнучий Ю.Б. К решению контактных задач теории упругости и плстичности // Проблемы прочности. 1982. — № 12. — С.99−104.
- ДаулингН. Расчёт усталостной долговечности при сложных историях нагружения // Теоретические основы инженерных расчётов. -1983. -№ 3.-С. 69−80.
- Когаев В.П. Расчёты на прочность при напряжениях, переменных во времени / Под ред. А.П.Гусенкова- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993 (III). — 364 е.: ил. — (Б-ка расчётчика / Ред. кол.: В. А. Светлицкий (пред.) и др.)
- Downing S.D., Socie D.F. Simplified Rainflow Counting Algorithms II International Journal offatigue. Vol. 4, No. 1, Jan. 1982. -рр.Ъ-А0.
- Термопрочность деталей машин / Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Демьянушко И. В. и др. М.: Машиностроение, 1975. — 455 с.
- Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов: Учебное пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 560 с.
- МэнсонС. Температурные напряжения и малоцикловая усталость. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1974. — 344 с.
- Анализ разработанных в научно-исследовательском центре NASA им. Льюиса методов прогнозирования долговечности в условиях высокотемпературной малоцикловой усталости // НЗНТ, сер. АД. 1985. — № 4. — С.8−17.
- Донер М., Бейн К., Адаме Дж. Оценка методов анализа влияния среднего напряжения на малоцикловую усталость // Энергетические машины и установки. 1982. — № 3. — С. 67−77.
- Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. — 624 с.
- Киотсугу Ойн, Миллер, Марин. Кумулятивное повреждение и влияние средней деформации в случае малоцикловой усталости алюминиевого сплава 2024-Т 351. // Теоретические основы инженерных расчётов.- 1966. № 4. — С. 125−138.
- Сизова Р.Н., Гвоздева Е. Н., Бычкова Ж. А., Минова Н. И. Систематизация данных по малоцикловой усталости для расчёта долговечности основных деталей двигателя ПС-90А. Научно-технический отчёт № 4807. М.: ЦИАМ, 1994. 44 с.
- Дульнев Р.А. Термическая усталость материалов. М.: Машиностроение, 1971. — 65 с.
- Дульнев Р.А., Котов П. И. Термическая усталость металлов. -М.: Машиностроение, 1980. 200 с.
- Коцанда Ст. Усталостное растрескивание металлов. Пер. с польск. / Под ред.С. Я. Ярумы. М.: Металлургия, 1990. — 623 с.
- Бернард-Конноли, Бью-Куок, Бирон. Усталость коррозионно-стойкой стали 304 при испытаниях в условиях многоступенчатой контролируемой деформации // Теоретические основы инженерных расчётов. 1983. — № 3, — С.47−53.
- Муралидхаран У., Мэнсон С. Модифицированное уравнение с универсальными показателями степени для оценки усталостных характеристик металлов // Теоретические основы инженерных расчетов — 1988. -№ 4. С.87−92.
- Вопросы механической усталости / Под ред. С. В. Серенсена. — М.: Машиностроение, 1964. 380 с.
- Прочность при малом числе циклов нагружения. Вопросы механической усталости. М.: Наука, 1969. — 260 с.
- Дульнев Р.А. Суммирование повреждений и условие прочности при термоциклическом нагружении // Проблемы прочности. 1971. -№ 10. — С.101−104.
- Гокун М.В., Филатов В. М., Шнейдерович P.M. Напряжённо-деформированное состояние и оценка малоцикловой прочности компенсирующего элемента торового типа // Проблемы прочности. 1975. -№ 10. — С.12−18.
- Дульнев P.A., Бычков Н. Г. Термическая усталость жаропрочных материалов при асимметричном нагружении // Проблемы прочности. -1976.-№ 5.-С. 19−24.
- Кузнецов Н.Д. Проблемы термоциклической прочности деталей ГТД // Проблемы прочности. 1978. — № 6. — С.3−7.
- Васинюк И.М. О повреждаемости материалов при стационарном и программном нагруженях // Проблемы прочности. — 1978. № 6. -С.49−52.
- КрузТ., Мейер Т. Математическая модель для оценки усталостных повреждений дисков газотурбинного двигателя, подвергающихся сложному спектру нагружения в полёте. // Энергетические машины и установки. 1979. — № 4. — С.82−93.
- Мейер Т., Круз Т. Модель для оценки срока службы дисков газотурбинных двигателей, определяемого малоцикловой усталостью // Теоретические основы инженерных расчетов. — 1980. № 1. — С.32−39.
- Гецов Л.Б. и др. Методы расчета термоциклической прочности дисков ГТУ // Проблемы прочности. 1980. — № 9. — С.46−53.
- Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчёт элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. — 272 с.
- Трощенко В.Т., Стрижало В. А., Синявский Д. П., Ивахнен-коВ.В. О влиянии коэффициента асимметрии цикла напряжений на развитие усталостного и квазистатического разрушения при малоцикловом нагружении // Проблемы прочности. 1982. — № 3. — С. 14−21.
- Мишке К. Прогнозирование сопротивления высоко- и малоцикловой усталости // Конструирование и технология машиностроения. -1982. -№ 3. С. 90−97.
- Демьянушко И.В., Темис Ю. М. Определение циклической долговечности при проектировании роторов авиационных ГТД // Проблемы прочности и динамики в авиадвигателестроении. Выпуск 2 / Труды ЦИАМ № 996. М.: ЦИАМ, 1982. — С. 24−38.
- Балина Ю.В. и др. К расчету роторов турбин на циклическую долговечность // Проблемы прочности. 1982. — № 8. — С.98−102.
- Мовчан A.A. О различных критериях определения эквивалентного размаха пластической деформации в теории малоцикловой усталости // Проблемы прочности. 1982. — № 12. — С.7−10.
- Расчет на прочность авиационных-газотурбинных двигателей. / Ред. Биргер И. А., Котеров Н. И. М.: Машиностроение, 1984. — 208 с.
- Гохфельд Д.А., Садаков О. С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях. М.: Машиностроение, 1984. — 256 е., ил. — (Б-ка расчётчика).
- Биргер И.А. Прогнозирование ресурса при малоцикловой усталости // Проблемы прочности. 1985. — № 10. — С.39−44.
- Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А. П. Расчёты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник М.: Машиностроение, 1985. — 224 е., ил. — (Основы проектирования машин).
- Эльин, Голсс. Критерий усталостного разрушения при многоосном напряженном состоянии // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. — № 4. — С.98−108.
- Катт Т.В., Биник М. П. Оценка накопления повреждений и долговечности при усталости // Аэрокосмическая техника. 1988. — № 12. — С.186−195.
- Дульнев P.A. и др. Модели долговечности при малоцикловом нагружении // Проблемы прочности. 1989. — № 4. — С.8−13.
- Макинд, Нил. Обобщённый критерий малоциклового усталостного разрушения при многоосном нагружении // Современное машиностроение. Сер.Б. 1990. № 2. — С.59−65.
- Асада, Окамото, Хасимото. Расчёт взаимодействия процессов ползучести и усталости, проведённый с использованием параметра перенапряжения // Современное машиностроение. Сер.Б. 1991. — № 10. -С.116−126.
- Писаренко Г. С. Актуальные вопросы прочности в современном машиностроении // Отв. ред. Стрижало В.А.- АН Украины. Ин-т пробл. прочности. Киев. Наук, думка, 1992. — 192 с.
- Добровольский С.В. Анализ энергетических критериев разрушения при малоцикловом нагружении // Проблемы прочности. 1993.- № 3. С.10−16.
- ПушкарА. Новое уравнение циклической долговечности // Проблемы прочности. 1993. — № 3. — С.28−34.
- Шукаев С.Н., Юй-Хай-Шень. Долговечность конструкционных материалов при многоосном пропорциональном малоцикловом нагружении // Проблемы прочности. 1993. № 7. — С.24−32.
- Голуб В.П., Погребняк А. Д., Романов A.B. О применении гипотезы линейного суммирования повреждений в задачах ползучести и усталости // Проблемы прочности. 1993. — № 10. — С.20−29.
- Гецов JI. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин.1. М.: Недра, 1996. — 591 с.
- Аликин В.Н., Анохин П. В., Колмогоров Г. Л., Литвин И. Е. Критерии прочности и расчёт механической надёжности конструкций. — Пермь: ПГТУ, 1999. 158 с.
- Механическое поведение материалов при различных видах нагружения / В. Т. Трощенко, А. А. Лебедев, В. А. Стрижало и др. К.: логос, 2000. — 571 е.: ил. — Библиогр.: с.537−566.
- Казанцев А.Г. Малоцикловая усталость при сложном термомеханическом нагружении. М.: Изд-во МГТУ им Н. Э. Баумана, 2001. -248 с.