Контактная задача в анализе термоупругости сборных конструкций турбомашин методом конечных элементов
Четвертая глава посвящена обоснованию достоверности предлагаемой методики решения контактной задачи термоупругости с представлением тестовых примеров. Также в четвертой главе последовательно описан численный эксперимент по анализу контактной термоупругости сборной конструкции на примере реального сборного ротора турбины высокого давления авиационного ГТД. Получено уточнение условий влияния… Читать ещё >
Содержание
- Обозначения основных величин
- Список основных сокращений
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА ТЕРМОУПРУГОСТИ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТУРБОМАШИН.
1.1 Теоретическое обоснование научной проблемы применения контактной задачи для расчета темоупругого состояния сборных конструкций турбомашин.
1.2 Применение контактной задачи метода конечных элементов для расчета термоупругости сборных конструкций турбомашин.
Выводы по главе.
ГЛАВА 2. ЗАВИСИМОСТИ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕРМОУПРУГОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ.
2.1 Вариационно-энергетический принцип метода конечных элементов.
2.2 Модель объемного напряженно-деформированного состояния конструкций.
2.2.1 Формирование матрицы жесткости.
2.2.2 Формирование вектора нагрузок.
2.3 Модель температурного состояния конструкций.
2.4 Решение глобальной системы линейных алгебраических уравнений равновесия.
Выводы по главе.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РЕШЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ ТЕРМОУПРУГОСТИ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
3.1 Математическая модель контактной задачи для расчета статического напряженно-деформированного состояния сборных конструкций.
3.1.1 Контактный конечный элемент.
3.1.2 Преобразование координат.
3.2. Математическая модель контактной задачи для расчета температурного состояния сборных конструкций.
3.2.1 Разработка контактного конечного элемента в задаче расчета поля температур сборной конструкции.
3.2.2 Адаптация величины штрафной теплопроводимости контактного термического элемента.
3.2.3 Применение невязки температур на сопрягаемых поверхностях при моделировании контактной теплопроводности.
3.2.4 Применение кусочно-линейной функции аппроксимации зависимости контактного термического сопротивления от контактного давления относительно экспериментальных данных.
3.3 Разработка алгоритма программной реализации контактной задачи теплонапряженности сборных конструкций.
Выводы по главе.
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ ПРЕДЛАГАЕМОЙ МЕТОДИКИ РЕШЕНИЯ КОНТАКТНОЙ ЗАДАЧИ В АНАЛИЗЕ ТЕРМОУПРУГОСТИ СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
4.1 Тестовые примеры численных решений контактной задачи в анализе термоупругости сборных конструкций.
4.2 Численный эксперимент по анализу термоупругости реального сборного ротора авиационного ГТД.
4.2.1 Разработка конечно-элементной модели сборного ротора для анализа контактной термоупругости.
4.2.2 Решение контактной задачи теории упругости для сборного ротора
4.2.3 Решение контактной задачи теплопроводности для сборного ротора
Выводы по главе.
Список литературы
- Александров В.М. Осесимметричная контактная задача для упругого бесконечного цилиндра. // Известия АН СССР ОТН. Механика и машиностроение. -1962. -№ 5. -С. 91−94.
- Александров В.М., Пожарский Д. А. Неклассические пространственные задачи механики контактных взаимодействий упругих тел.-М.:Факториал.-1998.-286с.
- Александров В.М., Ромалис Б. Л. Контактные задачи в машиностроении. -М.: Машиностроение. 1986. 176 с.
- Алексидзе М.А. Фундаментальные функции в приближенных решениях граничных задач. М.: Наука, 1991. — 352 с.
- Амензаде Ю.А. Упругое равновесие круглой пластинки с эллиптическим отверстием, в которое посредством натяга вставлена шайба из другого материала. // Известия АН СССР. Механика. 1965. — № 1. — С.67−76.
- Андрианов Я.С. и др. Авиационные газотурбинные двигатели, конструкция и расчет. Л.: ЛКВВИА им. А. Ф. Можайского. — 1959.
- Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. -М.: Стройиздат. 1982. — 448 с.
- Белоусов А.И., Биргер И. А. Прочностная надежность деталей турбомашин. -М.: Машиностроение. 1983.
- Биргер И.А. Упругий контакт стержней. // Расчеты на прочность. 1968. -№ 14. -С. 15−21.
- Биргер И.А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин. //Справочник. М.: Машиностроение. — 1979. — 704 с.
- Блох М.В. К выбору модели в задачах о контакте тонкостенных тел. // Прикладная механика. 1977. — Т. XIII. — № 5. — С. 34−42.
- Блох М.В., Оробинсткий A.B. К решению контактной задачи теплопроводности методом конечных элементов. // Проблемы прочности. 1985. — № 6. — С. 77−82.
- Блох M.B. О вариационном подходе к расчету упругого и упруго-пластического контакта оболочек средней толщины. // Проблемы прочности. -1978.-№ 7. -С. 65−70.
- Блох М.В., Оробинсткий A.B. О модификации метода конечных элементов для решения двумерных упругих и пластических контактных задач. // Проблемы прочности. 1983. — № 5. — С. 21−27.
- Блох М.В., Цукров С. Я. Об осесимметричном контакте тонких цилиндрических оболочек. // Прикладная механика. 1973. -Т. 9. -№ 11. С. 23−28.
- Блох М.В., Цукров С. Я. О влиянии изменения толщины стенки на осесим-метричный контакт тонких цилиндрических оболочек. // Прикладная механика. -1974. -Т.Х. -№ 4.-С. 31−37.
- Божкова JI.B. Контактная задача для кольцевого слоя с учетом сил трения в зоне контакта. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1991. -№ 3. — С. 59−62.
- Бородачев Н.М. О решении контактной задачи термоупругости в случае осевой симметрии. // Известия АН СССР ОТН. Механика и машиностроение. -1962.-№ 5.-С. 12−21.
- Власов В.Г. Конспект лекций по высшей математике. М.: Айрис. -1996. — 288 с.
- Галин JI.A. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости. М.: Наука. -1980. -304 с.
- Галлагер Р. Метод конечных элементов: Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-428 е., ил.
- Гнучий Ю.Б. К решению контактных задач теории теплопроводности. // Проблемы прочности. 1983. — № 1. — С. 104−107.
- Гнучий Ю.Б. К решению контактных задач теории упругости и пластичности. // Проблемы прочности. -1982. № 12. — С. 99−104.
- Гонтаровский П.П., Руденко Е. К. Расчет напряженно-деформированного состояния тел вращения методом конечных элементов при неосесимметричной нагрузке. //Проблемы машиностроения. (Продолжающееся издание). 1988. -№ 24. -С.36−41.
- Горячев А. П. Левин A.A. Численное исследование статического контакта осесимметричных тел. // Прикладные проблемы прочности и пластичности: Всесоюзный межвузовский сборник. Горький: Изд. ГУ. -1981. — Вып. 19. — С 15−24.
- Горячев А.П., Пахомов В. А. Решение трехмерных физически нелинейных задач МКЭ.//Прикладные проблемы прочности и пластичности: Всесоюзный межвузовский сборник. 1980. — С. 69−76.
- Горячев А.П., Санков Е. И. Численная реализация метода конечного элемента для плоских физически нелинейных задач.//Методы решения задач упругости и пластичности: Межвузовский сборник. Горький, 1971. — Вып.4. — С. 20−27.
- Горячева И.Г. Плоские и осесимметричные контактные задачи для шероховатых упругих тел. // Прикладная математика и механика. 1979.-№ 1. — С. 17−26.
- Дверес М.Н., Фомин A.B. Решение задач о контакте упруго-деформируемых тел. Машиностроение. — 1984. — № 1. — С. 61−66.
- Деклу Жан. Метод конечных элементов. М.: Мир. — 1976.
- Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука. -1970.-280 с.
- Демьянушко И.В., Биргер И. А. Расчет на прочность вращающихся дисков. М.: Машиностроение. — 1978. — 247 с.
- Детинко Ф.М., Фастовский В. М. Контактная задача о посадке двух цилиндрических оболочек различной длины. // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1974. — № 3. — С. 18−24.
- Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир. — 1989. — 510 с.
- Джордж А., Лю Дж. Численное решение больших разреженных систем уравнений. М.: Мир, 1984. — 333 с.
- Добролюбов В.А. Расчет на прочность вращающегося диска, насаженного на вал с натягом. -М.: Госкотлонадзор. 1937.
- Дувидзон И.А., Уманский С. Э. К вопросу о решении контактных задач теории упругости. // Проблемы прочности. 1982. — № 1. — С. 50−55.
- Дэвис Р., Кейт X. Анализ сосудов высокого давления методом конечных элементов./ЛГруды ASME. Теоретические основы инженерных расчетов. -Серия Д,-1972.-№ 2.- С.158−164.
- Жирицкий Г. С., Стрункин В. А. Конструкция и расчет на прочность деталей паровых турбин. М.: Машиностроение. — 1968.
- Зайцев В.И. Численный метод решения контактной задачи теории упругости и теории температурных напряжений.//Проблемы прочности.-1988.-№ 7 С. 91−96.
- Зайцев В.И., Щавелин В. М. Решение уравнений МКЭ для задачи механического взаимодействия системы деформируемых твердых тел. // Проблемы прочности. 1984. — № 6. — С. 58−61.
- Зайцева Т.А., Пожуев В. И. О решении пространственных контактных задач для некругового штампа. // Известия РАН. МТТ. 1994. — № 4. — С. 62−70.
- Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир. -1975. -542с.
- Златин А.Н. Вариационный метод решения контактной задачи для сцепления цилиндра и слоя. // ПММ. 1978. — Т. 42. — Вып. 1. — С. 153−158.
- Златин А.Н., Уфлянд Я. С. Осесимметричная контактная задача о вдавливании упругого цилиндра в упругий слой. // ПММ. 1976. — Т. 40. — Вып. 1. — С. 81−93.
- Зысина-Моложен JI.M., Зысин Л. В., Поляк М. П. Теплообмен в турбомаши-нах. Л.: Машиностроение. — 1974. — 335 с.
- Зысина-Моложен Л. М. Теплообмен в решетках профилей лопаток газовых турбин: Обзор. // Энергетическое машиностроение. Сер. 3. — Вып.8. — М.: ЦНИИ ТЭИ Тяжмаш. — 1991. — 28 с.
- Иващенко H.A., Тимохин A.B. Расчет термоупругого состояния составных поршней дизелей методом конечных элементов./Двигателестроение.-1981.-№ 7. -С. 7−10.
- Ипатов А.К. Расчет на прочность дисков компрессоров и турбин ГТД. М.: Машиностроение. — 1969. — 232 с.
- Исаченко В.П. Конвективный теплообмен в однофазной среде. -М.: Изд-во МЭИ.-1962. 152 с.
- Исаченко В.П., Осипова В. А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия. -1975.-486 с. (-1981.417 с.).
- Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. -М.: Наука. -1964. 488 с.
- Кизима Я.М. Осесемметричная задача о давлении упругого цилиндра на упругое пространство. // Известия АН СССР. МТТ. 1969. — Вып. 4. — С 75−84.
- Кинасошвили Р. С. Расчет на прочность дисков турбомашин. М.: Машиностроение. — 1954.
- Кириченко В.И. Расчеты деталей и узлов авиационных газотурбинных двигателей. Харьков: ХВАИВУ. -1957.
- Колотников М.Е. Предельное состояние деталей и прогнозирование ресурса газотурбинных двигателей в условиях многокомпонентного нагружения / Под ред д.т.н., проф. В. М. Чепкина. -Рыбинск: Изд-во РГАТА, 2003. -136 с.
- Комогорцев В.Ф., Попов К. Ч., Радиолло М. В. Контактная задача для кругового кольца.//Прикладная механика. 1980. -Т. 16. -№ 1. — С. 81−87.
- Кононов K.M., Харитончик А. Е. Термическая усталость дисков радиальной газовой турбины турбокомпрессора./Сборник науч.тр. Вопросы прочности машиностроительных конструкций. Челябинск.: ЧПИ. -1968. -№ 45. — С. 117−124.
- Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. / Под ред. Д. В. Хронина. М.: Машиностроение. — 1989. — 565 с.
- Кравчук A.C., Васильев В. А. Вариационный метод в контактной задаче теории упругости. // Упругость и неупругость. -М.: МГУ. 1978. — № 5. — С. 23−31.
- Кравчук A.C., Васильев В. А. Численные методы решения контактной задачи для линейно и нелинейно упругих тел конечных размеров //Прикл. Механика. 1980. — Т. 16. — № 6. — С. 10−15.
- Кравчук A.C. Постановка задачи о контакте нескольких деформируемых тел как задачи нелинейного прогаммирования. // ПММ. -1978. Т. 42. — Вып. З.-С. 466−474.
- Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. -М.: Мир. 1983. — 512 с.
- Крищук Н.Г. Анализ напряженного состояния толстостенных сосудов высокого давления методом конечных элементов. //Проблемы прочности. -1984. -№ 1. С.62−65.
- Кулешов В.В. Прочность дисков газотурбинных двигателей. М.: ВВИА им. Жуковского. -1957.
- Лебедев H.H., Уфлянд Я. С. Осесимметричная контактная задача для упругого слоя. // ПММ. -1958. -Т. 2. Вып. 3. — С. 312−321.
- Левина З.М., Решетов Д. Н. Контактная жесткость машин. М.: Машиностроение. — 1971. — 264 с.
- Левитас В.И., Идесман A.B. Решение термоупругопластических задач при контактном взаимодействии методом конечных элементов./Проблемы прочности. 1986. — № 11. — С. 77−83.
- Лившиц П.З. О распределении напряжений по контактной поверхности при горячей посадке диска постоянной толщины на вал. // Изв. АН СССР. ОТН. -1955. № 4. — С. 22−42.
- Локай В.И., Бодунов М. Н., Жуйков В. В., Щукин A.B. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей летательных аппаратов. —М.: Машиностроение, 1985. — 216 с.
- Лурье А.И. Некоторые контактные задачи теории упругости. // ПММ. -1941. Т. 5. — Вып. 3. — С. 383−391.
- Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: ГИТТЛ, -1967. — 599 с.
- Майерс Д. Критическая величина шага по времени используемая при решении задач теплопроводности МКЭ. // Теплопередача. -№ 1. -1978. -С. 22−40.
- Макаров A.M., Романовский В. Р. К решению задач стационарной теплопроводности при условии неидеального теплового контакта в переменных граничных условиях.//Физика и химия обработки материалов. 1978.-№ 1- С.19−23.
- Мальков В.А., Фаворский О. Н., Леонтьев В. Н. Контактный теплообмен в газотурбинных двигателях и энергоустановках. М.: Машиностроение. -1978. -144 с.
- Мандель B.C. Предельные нагрузки и расчет на прочность элементов ротора турбомашины. -М.: Машиностроение. 1972.
- Милов А. Е. Решение глобальной системы уравнений равновесия ансамбля конечных элементов. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию ИрГТУ. Иркутск: ИрГТУ, 2005. — С. 62−72.
- Минялейко H.A. Определение температурного поля и тепловых напряжений в турбинных дисках. М.: Машиностроение. — 1960.
- Можаровский Н.С., Овсеенко А. Б., Рудаков К. Н. Решение контактных задач методом конечных элементов. // Изв. Вузов: Машиностр.-1989.-№ 6. С.3−7.
- Морозов Е.М., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука. — 1980. — 254 с.
- Нагина Е.Л. К решению контактных задач методом конечных элементов. // Машиноведение. 1978. — № 5. — С. 87−92.
- Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоиздат. — 1984. — 158 с.
- Пинегин C.B. Контактная прочность в машиностроении. М.: Машиностроение. — 1965. — 192 с.
- Пимштейн П.Г., Жукова В. Н. Расчет напряжений в многослойном цилиндре с учетом особенностей контакта слоев. // Проблемы прочности. 1977. — № 5. -С. 71−77.
- Писсанецки С. Технология разреженных матриц: Пер. с англ. М.: Мир, 1988.-410 с.
- Потапов С.Д. Применение контактных конечных элементов для моделирования напряженности деталей турбокомпрессоров.// Компрессорная техника и пневматика. № 1. -2000. С. 27−30.
- Потапов С.Д. Численное моделирование и экспериментальное исследование напряженности вращающихся элементов турбокомпрессоров. Монография: В 2-х ч. -Пенза: ПензГУ.-2002. 236 с.
- Пыхалов A.A., Высотский A.B. Контактная задача расчета сборных роторов турбомашин с применением метода конечных элементов. // Вестник ИрГТУ. -Иркутск: ИрГТУ, -№ 3−4, -2003. С.56−71.
- Пыхалов A.A., Высотский A.B. Расчет сборных роторов турбомашин с применением неголономных контактных связей и метода конечных элементов. Компрессорная техника и пневматика. -2003. № 8. — С. 25−33.
- Пыхалов А. А., Милов А. Е. Контактная задача статического и динамического анализа сборных роторов турбомашин: Монография. Иркутск: ИрГТУ, 2007.- 192 с.
- Рудаков К.Н., Овсеенко А. Б., Шестопал А.JI.Численное решение контактной задачи теплопроводности./Расчет и конструирование машин. -1991. С. 3−7.
- Самарский A.A., Вабищевич П. Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС. — 2009. — 784 с.
- Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир. -1979. — 392 с.
- Скубачевский Г. С. Авиационные ГТД, конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение. — 1981. — 552 с.
- Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Машиностроение. -1975.-500 с.
- Цвик Л.Б. О невязках сопряжения перемещений и напряжений в задачах о сопряжении и контакте упругих тел. // Докл. АН СССР. 1983. — Т. 268. -Вып.З. — С.570−574.
- Цвик Л.Б. Принцип поочередности в задачах о сопряжении и контакте твердых деформируемых тел. // Прикладная механика. 1980. — Т. 16. — № 1. — С. 13−18.
- Чайнов Н.Д., Заренбин В. Г., Иващенко H.A. Тепломеханическая напряженность деталей двигателей. М.: Машиностроение. — 1977. — 154 с.
- Шабров H.H. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. Л.: Машиностроение. — 1983. — 212 с.
- Шевелева Г. И. Численный метод решения контактной задачи при сжатии упругих тел. Машиноведение. — 1981. — № 5. — С. 90−96.
- Шлыков Ю.П., Ганин Е. А. Контактный теплообмен. Теплопередача между соприкасающимися поверхностями. Л.: Госэнергоиздат. -1963. — 144 с.
- Шлыков Ю.П., Ганин Е. А., Царевский С. Н. Контактное термическое сопротивление. -М.: Энергия. -1977. 328 с.
- Шляхов С.М., Серебряков A.B. Влияние неидеального теплового контакта на напряжения в упругопластическом двухслойном цилиндре. //Известия ВУЗов. Машиностроение (ИВМ). — 1995. — № 1. — С. 22−25.
- Штаерман И.Я. Контактная задача теории упругости. M.-JL: Гостехиздат. — 1949.-211 с.
- Юдаев Б.Н. Теплопередача: Учебник для вузов. 2-е изд., пепераб. и доп. -М.: Высш. школа, 1981. — 319 е., ил. 1541. МИНПРОМТОРГ1. ФЕДЕРАЛЬНОЕ /——л НАУЧНО
- ГОСУДАРСТВЕННОЕ /дга^ «ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ1. УНИТАРНОЕ 1/ОТ1 р. ЦЕНТР
- ПРЕДПРИЯТИЕ «ГАЗОТУРБОСТРОЕНИЯ105 118, Москва, пр-кт Буденного, 16- Тел.: (499) 785−81−19- Факс: (495) 365−40−06- Е-та"1:^о@за1и{.ги ОГРН 1 027 739 156 917, ИНН 7 719 030 663, КПП 9 978 500 011. ШШл- N0 $?/?01. На № 1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ