Исследование несущей способности дисков компрессоров газотурбинных двигателей на основе компьютерного моделирования разгонных испытаний
Диссертация
Для определения расчётной разрушающей частоты вращения используются различные методы. Один из них основан на теории предельного равновесия, согласно которой предел несущей способности наступает при достижении окружными или радиальными напряжениями предела прочности материала. В настоящее время метод расчёта несущей способности дисков по теории предельного равновесия является общепринятым для… Читать ещё >
Содержание
- 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ДИСКОВ
- 1. 1. Теоретические основы статической прочности вращающихся дисков
- 1. 2. Методы определения напряжённого состояния диска и запасы прочности
- 1. 3. Обзор критериев несущей способности дисков
- 1. 4. Анализ экспериментальных исследований статической прочности вращающихся дисков
- 1. 5. Выводы по главе 1
- 2. АДАПТАЦИЯ ПРОЦЕССА МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ ГТД
- 2. 1. Структура построения конечно-элементной сетки при расчёте напряжённо-деформированного состояния дисков компрессоров ГТД
- 2. 2. Обоснование адекватной конечно-элементной сетки
- 2. 3. Оценка влияния отклонений в допусках геометрических размеров дисков компрессоров ГТД
- 2. 4. Сравнение результатов расчета для осесимметричной и трёхмерной модели дисков компрессоров ГТД
- 2. 5. Выводы по главе 2
- 3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ КРИТЕРИЕВ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДИСКОВ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ РАЗГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ ГТД
- 3. 1. Исследованные диски, их конструктивные особенности
- 3. 2. Метод компьютерного моделирования разгонных испытаний
- 3. 3. Анализ эффективности применения критериев прочности для оценки предельного состояния дисков компрессоров ГТД на основе метода компьютерного моделирования разгонных испытаний
- 3. 4. Разработка макросов для автоматизации расчётов предельного состояния
- 3. 5. Выводы по главе 3
- 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
- 4. 1. Испытание образцов
- 4. 2. Сравнение результатов расчёта дисков по справочным и фактическим свойствам материала
- 4. 3. Разгонные испытания модельных дисков и дисков компрессоров ГТД
- 4. 4. Оценка достоверности результатов расчетно-экспериментального анализа несущей способности модельных дисков и дисков компрессоров ГТД
- 4. 5. Выводы по главе 4
- 5. МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ ГТД
- 5. 1. Построение модели
- 5. 2. Задание нагрузок и получение решения
- 5. 3. Просмотр и анализ результатов
- 5. 4. Выводы по главе 5
Список литературы
- Биргер, И.А. Расчет на прочность деталей машин Текст. / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Р. М Шнейдерович. М.: Машиностроение, 1966 г. — 616 с.
- Серенсен, C.B. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность Текст. / C.B. Серенсен, В. П. Когаев, P.M. Шнейдерович. М.: Машиностроение, 1975. — 480 с.
- Кинасошвили, P.C. Расчет на прочность дисков турбомашин Текст. / P.C. Кинасошвили. М.: Оборонгиз, 1954. — 144 с.
- Гецов, Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин Текст. / Л. Б. Гецов. М.: Недра, 1996. — 208 с.
- Гецов, Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин Текст. / Л. Б. Гецов. В двух книгах. Книга 1. Рыбинск: ООО «Издательский дом Газотурбинные технологии», 2010. — 610 с.
- Гецов, Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин Текст. / Л. Б. Гецов. В двух книгах. Книга 2. Рыбинск: ООО «Издательский дом Газотурбинные технологии», 2011. — 493 с.
- Гохфельд, Д.А. Несущая способность конструкций в условиях теплосмен Текст. / Д. А. Гохфельд. М.: Машиностроение, 1970. — 259 с.
- Качанов, Л.М. Основы теории пластичности Текст. / Л. М. Качанов. -М.: Наука, 1969.-420 с.
- Мавлютов, P.P. Концентрация напряжений в элементах авиационных конструкций Текст. / P.P. Мавлютов. -М.: Наука, 1981. 141 с.
- Демьянушко, И.В. Расчет дисков ГТД. Текст. / И.В. Демьянушко- в кн.: Расчет на прочность авиационных газотурбинных двигателей (Под ред. И. А. Биргера, Н.И. Котерова). М.: Машиностроение, 1984. — С. 97 — 129.
- Демьянушко, И.В. Исследование прочности. Долговечность и оптимальное проектирование дисков авиационных двигателей: дис. докт. техн. наук / Ирина Вадимовна Демьянушко — ЦИАМ им. П. И. Баранова. Москва, 1981.-348 с.
- Кудряшов, JI.H. Инженерный расчет и профилирование дисков турбомашин по несущей способности Текст. / Л. Н. Кудряшов // В кн.: Прочность и устойчивость тонкостенных авиационных конструкций. Труды МАИ, выпуск 180. — Москва: 1971. — С. 42−46.
- Ильюшин, A.A. Механика сплошной среды Текст. / A.A. Ильюшин. -М.: Изд-во Московского университета, 1971. 248 с.
- Биргер, И.А. Общие алгоритмы решения задач теорий упругости, пластичности и ползучести Текст. / И. А. Биргер // Успехи механики деформируемых сред. М.: Наука, 1975. — С. 51−73.
- Биргер, И.А. Расчет на прочность деталей машин Текст. / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. М.: Машиностроение, 1979. — 702 с.
- Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации. Издание 6. М.: ЦИАМ, 2004. — 260 с.
- Гольденблат, И.И. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов Текст. / И. И. Гольденблат, В. А. Копнов. М.: Машиностроение, 1968. — 191 с.
- Писаренко, Г. С. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии Текст. / Г. С. Писаренко, A.A. Лебедев. -Киев: Наукова думка, 1976. 416 с.
- Гецов, Л.Б. Критерии разрушения конструкций при статическом нагружении Текст. / Л. Б. Гецов, К. А. Тургенев // Труды ЦКТИ № 295. -С.Петербург: 2006. С.79−84.
- Жеманюк, П.Д. Критерии несущей способности дисков турбомашин Текст. / П. Д. Жеманюк, В. В. Кутырев, И. Л. Гликсон, С. И. Шанькин //Вестник двигателестроения № 2. Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2006. — С.38−41.
- Махутов, H.A. Деформационные критерии и расчёт элементов конструкций на прочность Текст. / H.A. Махутов. М.: Машиностроение, 1981.-272 с.
- Михайлов, А.Л. Критерии несущей способности дисков роторатурбины ГТД на основе математического моделирования объемного НДС Текст. / A.JI. Михайлов // Вестник двигателестроения № 2. Запорожье: 2003. -С.14−17.
- Жестовский, В.В. Развитие критериев местной статической прочности деталей ГТД при определении НДС на объемных расчетных моделях Текст. / В. В. Жестовский, В. В. Кутырев // Научно-технический отчет № 200−3408. М.: ЦИАМ, 2001.-45 с.
- Anderson, R.G. How to design high-speed rotating parts for maximum burst-resistance Текст. / R.G. Anderson // vol. 29, Machine Design: 1957. p. 148 156.
- Рязанцева, В.Г. Прогнозирование разрушающей частоты вращения малоразмерной высокооборотной ступени турбины, изготовленной методом ГИП Текст. / В. Г. Рязанцева, Б. В. Брук // Новые технологические процессы и надежность ГТД № 1. Москва: 1989. — С. 53 — 58.
- Демьянушко, И.В. Результаты экспериментальных исследований роторов ГТД, проведенных на разгонных стендах Текст. / И. В. Демьянушко, B.C. Суржин, Ю. М. Темис // Технический отчет ЦИАМ № 7575. М.: ЦИАМ, 1975.-76 с.
- Демьянушко, И.В. Результаты испытаний дисков ГТД из сплавов ЭП742 и ЭП741П на разгонных стендах ЦИАМ Текст. / И. В. Демьянушко // Новые технологические процессы и надежность ГТД № 4. Москва: 1978. — С. 35 — 52.
- Додонов, Б.П. Экспериментальное исследование несущей способности дисков Текст. / Б. П. Додонов, Г. В. Маслова // Технический отчет ЦИАМ3880. -М.гЦИАМ, 1958. -68 с.
- Кобрин, М.М. Прочность вращающихся дисков Текст. / М. М. Кобрин. Д.: Судпромгиз, 1963. — 340 с.
- Кобрин, М.М. Разгонные испытания вращающихся дисков с эксцентрично расположенными отверстиями Текст. / М. М. Кобрин // Теплоэнергетика, № 5. Москва: 1958. — С. 21 — 25.
- Малинин, Н.Н. Прочность турбомашин Текст. / Н. Н. Малинин. М.: Машгиз, 1962. — 291 с.
- Рабинович, В.П. Прочность турбинных дисков Текст. / В. П. Рабинович. -М.: Машиностроение, 1966. 150 с.
- Рис, В. Ф. Расчет дисков турбомашин Текст. / В. Ф. Рис. JL: Машгиз, 1955.-55 с.
- Шнейдерович, Р.М. Прочность при статическом и повторно-статическом нагружениях Текст. / P.M. Шнейдерович. М.: Машиностроение, 1968.-343 с.
- Skidmore, W.E. Bursting tests of Rotating Disks Typical of Small Gas Turbine Design Текст. / W.E. Skidmore // Proceedings of the Soc. for Exper. Stress Analysis, vol. 8, No 2. 1951. — p. 29 — 48.
- Суржин, B.C. Результаты экспериментальных исследований роторов ГТД, проведенных на разгонных стендах Текст. / B.C. Суржин, Ю. С. Ермохин, Т. В. Гелета // Технический отчет ЦИАМ № 7226. -М.: ЦИАМ, 1973. 54 с.
- Fonda L.B. Тг. ASME, v. 70, № 1, 1948.
- Рудис, A.M. К расчету предельной деформации материала в зоне концентрации напряжений Текст. / A.M. Рудис // Проблемы прочности № 2. -Киев: 1991.-С. 45−48.
- Robinson, E.L. Bursting tests of steam-turbine disk wheels Текст. / E.L. Robinson // Trans. ASME, vol. 66, No. 5, 1944. p. 373 — 386.
- Василенко, Г. С. Условие разрушения неравномерно нагретых вращающихся дисков Текст. / Г. С. Васильченко // Труды ЦНИИИТМАШ, № 30.-М.: 1962.-С. 5−18.
- Алянскип, Р.И. Исследование несущей способности роторов компрессора: дис. канд. техн. наук/ Роберт Иосифович Алянский- Машпроект. -Николаев, 1974. 182 с.
- Городецкий, В.Н. Исследование влияния конструктивных факторов на несущую способность элементов роторов турбомашин: дис. канд. техн. наук / В.Н. Городецкий- ИПП. Киев, 1969. — 158 с.
- Кобрин, М.М. Разрушение моделей вращающихся турбинных дисков Текст. / М. М. Кобрин, В. П. Рабинович // Теплоэнергетика, № 7. Москва: 1957. -С. 16−20.
- Рабинович, В.П. Прочность вращающихся дисков с большими радиальными напряжениями Текст. / В. П. Рабинович // Энергомашиностроение, № 3. -Ленинград: 1959. С. 37 — 42.
- Манд ель, B.C. Двигатели М70р и Д090. Разгонные испытания дисков ТВД Текст. / B.C. Мандель, Е. В. Петров // Технический отчет № ОТ 255.102.190. 82. Николаев: Машпроект, 1982.-92 с.
- Кутырев, В.В. Определение оптимального числа отверстий в дисках ГТД Текст. / В. В. Кутырев, В. Г. Гвоздев. М.: ЦИАМ, 1987. — 31 с.
- Кутырев, В.В. Расчетно-экспериментальное обоснование несущей способности и ресурса дисков из высокопрочных титановых сплавов Текст. /
- B.B. Кутырев, C.A. Черкасова, О. Г. Гусарин, A.JI. Михайлов // Конверсия в машиностроении, № 1. -Москва: 2006. С. 66−71.
- Кутырев, В.В. Исследование напряженного состояния и критериев прочности дисков компрессоров из титановых сплавов Текст. /В.В. Кутырев // Конверсия в машиностроении, № 6. Москва: 2006. — С. 9−13.
- Кутырев, В.В. Разрушение дисков турбомашин и обоснование допускаемых запасов прочности Текст. / В. В. Кутырев // Конверсия в машиностроении, № 6. Москва: 2006. — С. 14−16.
- Кутырев, В.В. Некоторые закономерности конструкционной прочности вращающихся дисков Текст. / В. В. Кутырев // Конверсия в машиностроении, № 3. -Москва: 2005. С. 56−57.
- Кутырев, В.В. Прогнозирование остаточных деформаций дисков турбин авиационных двигателей Текст. / В. В. Кутырев // Конверсия в машиностроении, № 4−5. Москва: 2007. — С. 58−60.
- Кутырев, В.В. Прогнозирование предельного состояния дисков турбомашин Текст. / В. В. Кутырев, Е. В. Петров // Конверсия в машиностроении, № 4−5. Москва: 2005. — С. 116−119.
- Шереметьев, A.B. Выбор необходимых параметров конечно-элементных сеток при расчетах на прочность лопаток авиадвигателей Текст. / A.B. Шереметьев, A.B. Петров // Авиационно-космическая техника и технология № 7. Харьков: 2004 г. — С. 54−56.
- Beisheim J.R. On the Free-Dimensional Finite Element Analysis of Dovetail Attachments Текст. / J.R. Beisheim, G. B Sinclair // Proceedings of ASME TURBO EXPO 2002, GT-2002−30 305. p. 48- 53.
- ANSYS Structural Analysis Guide. Release 11.0.
- Петерсон, P. Коэффициенты концентрации напряжений Текст. / P. Петерсон. M.: Мир, 1977 г. — 301 с.
- Анализ статической прочности диска турбостартера изделия 87 // Техническая справка № 87−408−529-ТС-03. Рыбинск: НПО «Сатурн», 2003.24с.
- Результаты испытаний дисков на разгонных стендах ЦИАМ // Технический отчёт ЦИАМ № 4163. М.: ЦИАМ, 1978. — 43 с.
- Результаты испытания центробежного колеса // Технический отчёт № 00.45−97−065. Рыбинск: РЬСБМ, 1997. -43с.
- Авиационные материалы. Справочник ОНТИ, 1982-том 3,4,5.
- Leshin, D. Certification report CR-008A Fan overspeed SaM146 Текст. / D. Leshin. PowerJet: 2010. — 52c.
- Leshin, D. Certification report CR-008B Booster overspeed SaM146 Текст. / D. Leshin. PowerJet: 2010. — 51c.
- Техническое состояние деталей и сборочных единиц изделия 82 после прохождения испытаний // Техническая справка 401−83−164-ТС-2007. -Рыбинск: НПО «Сатурн», 2007. 17с.
- Василенко, Г. С. Разгонные испытания аустенитных и композитных дисков/ Г. С. Василенко, В. П. Рабинович Текст. // Теплоэнергетика, № 12. -Москва: 1957.-С. 35−42.
- Гвоздев, А.А. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия Текст. / А. А. Гвоздев. — М.: Стройиздат, 1949. 137с.
- Кутырев, В.В. О проблемах прочностной надежности дисков ГТД из никелевых сплавов Текст. /В.В. Кутырев // Новые технологические процессы и надежность ГТД, № 1. Москва: 1992. — С. 18−30.
- Holms, A.G. Influence of tensile strength and ductility on strength of rotating disks in presence of material and lubrication defects of several types Текст./
- A.G. Holms, J.E. Jenkins, A.J. Repko -NACA, Techn. Note, № 2397,1951.
- Schabtach, C. Report of the Investigation of Two Generator Rotor Fractures Текст. / С. Schabtach, E.L. Foqleman, A.W. Rankin, D.H. Winne // Trans. ASME, Paper No. 55 A — 208,1955.
- Hallinan, M. The Design of Rotating Disks to Avoid Burst at Overspeed Текст. / M. Hallinan // GE, R60SE94. August 1960.
- Городецкий, B.H. Исследование прочности дисков с эксцентрично расположенными отверстиями Текст. / В. Н. Городецкий, И. А. Козлов, В. Л. Ахрименко // Проблемы прочности № 2. Киев: 1969. — С. ЗЗ — 39.
- Козлов, И.А. Прочность рабочих колес турбомашин Текст. / И. А. Козлов. Киев: Наукова думка, 1972. — 215 с.
- Ржаницын, А.Р. Предельное равновесие пластинок и оболочек Текст./ А. Р. Ржаницын. М.: Наука, 1983. — 288 с.
- Рудис, A.M. К расчету предельной деформации материала в зоне концентрации напряжений Текст. / A.M. Рудис // Проблемы прочности № 2. -Киев: 1991.-С. 45 -48.
- Лещенко, В.М. К вопросу об определении прочности вращающихся дисков Текст. / В. М. Лещенко, И. А. Козлов, В. П. Гонтаровский // Проблемы прочности № 3. Киев: 1989. — С.70−73.
- Гецов, Л.Б. Проблемы создания «универсальной» теории разрушения материалов Текст. / Л. Б. Гецов // Проблемы прочности № 5. Киев: 2001. — С. 49−55.
- Цейтлин, В.И. Оценка запаса прочности при многокомпонентном нагружении с учетом разброса свойств материала Текст. /В.И. Цейтлин, Д.Г.
- Федорченко // Проблемы прочности № 9. Киев: 1979. — С. 31 — 33.
- Цейтлин, В.И. Оценка прочности деталей в эксплуатационных условиях Текст. /В.И. Цейтлин, Д. Г. Федорченко // Испытания авиационных двигателей: Межвуз. науч. сб. Вып. 8. Уфа: 1980. — С. 54 — 69.
- Биргер, И.А. Детерминированные и статистические модели усталостного разрушения Текст. / И. А. Биргер // Проблемы прочности № 4. -Киев: 1982.-С. 24−28.
- Биргер, И.А. Конструкционная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей Текст. / И. А. Биргер, Б. Ф. Балашов, Р. А. Дульнев. -М.: Машиностроение, 1981. 222 с.
- Стрелецкий, Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений Текст. / Н. С. Стрелецкий. М.: Стройиздат, 1947. -187 с.
- Степнов, М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний Текст. / М. Н. Степнов: Справочник. 2-е изд., испр. и доп. М.: Машиностроение, 2005. — 400 с.
- Болотин, В.В. Статистические методы в строительной механике Текст. / В. В. Болотин. М.: Госстройиздат, 1961. — 202 с.
- Кутырев, В.В. Статический анализ несущей способности дисков Текст. /В.В. Кутырев // Сборник докладов Научно-технической конференции посвященной памяти Н. Д. Кузнецова, Ч. 1. Самара: 2001. — С. 14−21.
- Кутырев, В.В. Исследование несущей способности дисков из никелевых сплавов Текст. /В.В. Кутырев // Технический отчет №У51 733. -Москва: ЦИАМ, 1991. 78 с.
- Кутырев, В.В. Статистический анализ данных разгонных испытаний и расчетов дисков турбин ГТД Текст. / В. В. Кутырев // Технический отчет № 4462. Москва: ЦИАМ, 1991. — 69 с.
- Кутырев, В.В. Методы оценки несущей способности дисков турбомашин Текст. / В. В. Кутырев. П. Д. Жеманюк, И. Л. Гликсон, А.Е.
- Белинская // Надежность и долговечность машин и оборудования № 26. 2006. -С.75−81.
- Михайлов, A.JI. Использование расчетных моделей высокого уровня для анализа НДС дисков турбин ГТД при разгонных испытаниях Текст. / A.JI. Михайлов, A.JI. Водолагин // Новые техпроцессы и надежность ГТД № 5. М.: ЦИАМ, 2003.-С.95−102.
- Михайлов, АЛ. Развитие критериев несущей способности дисков ротора турбины ГТД при расчете НДС на трехмерных моделях Текст. / A.JI. Михайлов, М. Ю. Грушко, О. В. Галкин // Новые техпроцессы и надежность ГТД № 5. М.: ЦИАМ, 2003. — С. 103−112.
- Новожилов, В.В. Перспективы построения критерия прочности при сложном нагружении Текст. / В. В. Новожилов, О. Г. Рыбакина // Известия АН СССР. Механика твердого тела № 5. Москва: 1966, — С.103−105.
- Волгин, A.B. Методы определения разрушающей частоты вращения дисков ГТД Текст. / A.B. Волгин // XXIX конференции молодых ученых и студентов. Тезисы докладов. Рыбинск: 2005. — С.26−27.
- Михайлов, А.Л. Особенности проектирования диска ГТД средствами ANSYS Текст. / A.JI. Михайлов, A.B. Волгин // Авиационно-космическая техника и технология № 9(25). Харьков: 2005. — С.52−55.
- Волгин, A.B. Оценка точности и производительности расчета концентрации напряжений в ANS YS Текст. / A.B. Волгин, A.A. Бирфельд // Научный журнал «Вестник РГАТА» № 2(14). Рыбинск: 2008. — С.54−58.
- Бирфельд, A.A. Анализ применимости критериев прочности при оценке несущей способности дисков компрессоров ГТД на основе компьютерного моделирования разгонных испытаний Текст. / A.A. Бирфельд, A.B. Волгин // Журнал «Полет» № 2. Москва: 2010. — С.33−41.
- Бирфельд, A.A. Инженерная методика компьютерного моделирования разгонных испытаний диска компрессора ГТД Текст. / A.A. Бирфельд, A.B. Волгин // Научный журнал «Вестник РГАТА» № 1(19). -Рыбинск: 2011. С. 39−42.
- Бирфельд, A.A. Верификация инженерной методики компьютерного моделирования разгонных испытаний дисков компрессоров
- ГТД Текст. / А. А. Бирфельд, А. В. Волгин // Научный журнал «Двигатель» № 5(77). Москва: 2011. — С.26−27.
- Михайлов, A.JI. Статическая прочность дисков ротора ГТД на основе математического моделирования их объемного НДС Текст. / A.JI. Михайлов, А. А. Бирфельд, А. В. Волгин // Учебное пособие Рыбинск: 2007. -68 с.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 009 612 995 «Criterion Deform. mac» Текст./ Волгин А. В., Бирфельд А.А.// Заявитель ГОУ ВПО «РГАТА имени П.А. Соловьева», № 2 009 611 508- заявл.06.04.2009- опуб. 09.06.2009.