Диссертация (Разработка методики расчета камеры перспективного ЖРД на основе метода подконструкций), страница 12

Результаты расчета модулейЮнга для области критического сечения камеры представлены на Рис. 5.13.Рис. 5.17. Найденные значения модулей Юнга соответствуют минимумамграфиков невязок, приведенных на рисунках.Em при Т=20˚С108|Δ|, %6420-20510152025303540Em∙10-9,Em при T=20˚С|Δ|, %0,40,30,20,1055,566,577,58Em∙10-9, ПаРис. 5.13.Определение модуля Юнга в меридиональном направлении при t=20˚C112Em при T=100˚С8|Δ|, %6420050100150200250300350400450500-2Em∙10-8, ПаEm при T=100˚С0,70,6|Δ|, %0,50,40,30,20,1033,23,43,63,844,24,44,64,85Em∙10-8, ПаРис. 5.14.Определение модуля Юнга в меридиональном направлении при t=100˚C113Em при T=500˚С2|Δ|, %1,510,50-0,5 050010001500200025003000Em∙10-7, ПаEm при T=500˚С0,250,2|Δ|, %0,150,10,0508-0,058,28,48,68,899,29,4Em∙10-7, ПаРис.

5.15.Определение модуля Юнга в меридиональном направлении при t=500˚C114Et при T=20˚С400350300|Δ|, %2502001501005000-505101520253035404550Et∙10-8, ПаEt при T=20˚С10|Δ|, %8642022,533,54Et∙10-8, Па4,555,56Et при T=20˚С0,5|Δ|, %0,40,30,20,103,423,453,483,513,543,57Et∙10-8, ПаРис. 5.16.Определение модуля Юнга в окружном направлении при t=20˚C3,6115Er при T=20˚С25|Δ|, %2015105000,20,40,60,8Er1∙10-11,1,21,41,61,8Па|Δ|, %Er при T=20˚С765432101,51,521,541,561,581,61,621,641,661,681,7Er∙10-11, ПаРис. 5.17.Определение модуля Юнга в радиальном направлении при t=20˚CНа Рис. 5.18., Рис.

5.19. и Рис. 5.20. представлены цветографическиедиаграммы результатов расчета меридиональных, окружных и радиальныхперемещений для тестовой задачи для представительного элемента реальнойконструкции и представительного элемента конструкции с приведеннымматериалом.116Рис. 5.18.Тестовая задача для представительного элемента реальной конструкции ипредставительного элемента конструкции с приведенным материалом.Меридиональные перемещенияРис.

5.19.Тестовая задача для представительного элемента реальной конструкции ипредставительного элемента конструкции с приведенным материалом.Окружные перемещения117Рис. 5.20.Тестовая задача для представительного элемента реальной конструкции ипредставительного элемента конструкции с приведенным материалом.Радиальные перемещения.Сравнение цветографических диаграмм представительных элементовреальной конструкции и конструкции с приведенным материалом показывает,чторезультатысовпадают.Следовательно,найденныекоэффициентыанизотропии можно использовать для описания приведенного материала прирасчете по упрощенной схеме осесимметричной оболочки.5.4.2.

Упрощенная схема осесимметричной оболочки. Определениеперемещений5.4.2.1.Конечно-элементная модельРасчет температурных полей изделия проведен с использованиемплоского конечного элемента PLANE77, описанного в главе 3. Конечноэлементная модель оболочки камеры приведена на Рис. 5.21. Количество узловмодели – 101439, число конечных элементов - 30327. Точка, в которойзапрещены осевые перемещения, показана на Рис. 5.21.118Рис. 5.21.Конечно-элементная модель оболочки камеры5.4.2.2.Температурное состояние оболочки камерыВ результате расчета получено распределение температур по всейоболочке.

Далее оно использовалось при определении НДС.Температурное состояние конструкции на газогенераторном режиме(захоложенная камера) приведено на Рис. 5.22. температурное состояниекамеры на стационарном режиме представлено на Рис. 5.23.119Рис. 5.22.Газогенераторный режим. Температурное состояние конструкции, ºС120Рис. 5.23.Стационарный режим. Температурное состояние конструкции, ºС5.4.2.3.Напряженно-деформированное состояние конструкцииПри определении НДС применялся конечный элемент PLANE82(Рис. 5.21.).121Результат расчета на первом этапе – перемещения (радиальные, осевые,остаточные) в конструкции.

Они будут являться кинематическими граничнымиусловиямиприпроведениитрехмерныхрасчетовнапряженно-деформированного состояния подконструкций.Для газогенераторного режима на Рис. 5.24. показаны радиальныеперемещения, на Рис. 5.25.– осевые.На Рис. 5.26. показаны радиальные перемещения на стационарномрежиме, на Рис.

5.27. – осевые перемещения Остаточные радиальныеперемещения приведены на Рис. 5.28, а остаточные осевые перемещения – наРис. 5.29.Из расчета видно, что размеры камеры сгорания на стационарном режимеостаются практически неизменными. Радиальные перемещения сопла настационарном режиме составляют до 10 мм (до 3% от радиуса сопла)(Рис. 5.26.).Нагазогенераторномрежимерадиальныеперемещениясущественно меньше - до 0.6 мм.Максимальные радиальныеперемещения – 0,573 ммРис.

5.24.Газогенераторный режим. Радиальные перемещения, мсопла122Максимальные осевыеперемещения ≈ 1,8 ммРис. 5.25.Газогенераторный режим (захоложенная камера). Осевые перемещения, м123Рис. 5.26.Стационарный режим. Радиальные перемещения, м124Рис. 5.27.Стационарный режим. Осевые перемещения, м125Максимальные остаточныерадиальные перемещения ≈ 1,2ммРис.

5.28.Остаточные радиальные перемещения, мМаксимальные остаточныеосевые перемещения ≈ 0,35 ммРис. 5.29.Остаточные осевые перемещения1265.4.3. Расчет подконструкций5.4.3.1.СтыкохлаждаемойчастиснасадкомрадиационногоохлажденияНа Рис. 5.30. показана модель подконструкции №1 – стыка охлаждаемойчасти с насадком радиационного охлажденияРис. 5.30.Модель стыка охлаждаемой части с насадком радиационного охлаждения5.4.3.1.1.Конечно-элементная модель подконструкции стыка снасадком радиационного охлажденияСозданатрехмернаямодельподконструкции№1,детальноотображающая геометрию изделия.Значения перемещений в конструкции, полученные в результате расчетапо схеме осесимметричной оболочки, являются граничными условиями127подконструкции.

Число узлов в 3-D модели превышает их количество вупрощеннойосесимметричноймодели.Необходимыезначениявпромежуточных узлах получены интерполяцией. Вид подконструкции №1 играничные условия показаны на Рис. 5.31. Для подконструкции №1 такжепоследовательно решались две задачи: задача теплопроводности и прочностнаязадача.Рис. 5.31.Подконструкция №1 - стык с насадком радиационного охлаждения.Граничные условия128Число узлов в конечно-элементной модели – 68495, количество элементов- 36704.

КЭ-сетка показана на Рис. 5.32.Рис. 5.32.Стык с насадком радиационного охлаждения. Конечно-элементная модель5.4.3.1.2.Температурноесостояниестыкаснасадкомрадиационного охлажденияДля определения поля температур применялся конечный элементSOLID87, описание которого приведено в главе 3.На Рис. 5.33. показано температурное состояние стыка с насадкомрадиационного охлаждения на газогенераторном режиме (захоложеннаякамера), а на Рис.

5.34. – на стационарном.129Рис. 5.33.Газогенераторный режим. Температурное состояние стыка, 0СРис. 5.34.Стационарный режим. Температурное состояние стыка, 0С5.4.3.1.3.Напряженно-деформированноесостояниестыкаснасадком радиационного охлажденияДля расчета напряженно-деформированногосостоянияприменялсядесятиузловой объемный элемент с тремя степенями свободы в каждом узлеSOLID187 (Рис. 5.32.).

Результат расчета – значения перемещений (радиальные,осевые, остаточные), эквивалентные и остаточные пластические деформации инапряжения на каждом из режимов.130Для описания материалов при анализе подконструкций использованабилинейная модель кинематического упрочнения (Рис. 5.35. ).Рис. 5.35.Кинематическое упрочнениеВ этой модели для каждого из материалов необходимо задавать  0, 2 иtg .Тангенс угла наклона находят следующим образом (по известнымсвойствам материалов):tg  b   0, 2,  *где*  0, 2EНа Рис.

5.36. показаны перемещения конструкции на газогенераторномрежиме, а на Рис. 5.37 – на стационарном.Остаточные перемещения (радиальные и осевые) показаны на Рис. 5.38.Осевые перемещения показаны относительно торца, ближайшего ккритическому сечению камеры.131Радиальные перемещенияОсевые перемещенияРис. 5.36.Газогенераторный режим. Перемещения, мРадиальные перемещенияОсевые перемещенияРис.

5.37.Стационарный режим. Перемещения, м132Остаточные радиальные перемещенияОстаточные осевые перемещенияРис. 5.38.Остаточные перемещения, мРезультаты расчета напряженно-деформированного состояния стыка снасадком радиационного охлаждения представлены в Таблице 8.Таблица 8.Результаты расчета подконструкции 1Стык с насадком радиационного охлажденияРежимыРежим IЭквивалентные пластическиеЭквивалентные напряжения подеформации по МизесуМизесу, Па133Таблица 8 (окончание).РежимIIРежимIIIИз результатов расчета видно, что наибольшее значение (2.8%)эквивалентные пластические деформации в подконструкции №1 ( районсварногошва)принимаютнастационарномрежиме.Остаточныеэквивалентные пластические деформации в районе сварного шва в стыкесоставляют 0.6%.Эквивалентные напряжения по Мизесу для подконструкции №1 настационарном режиме для материала камеры составляют в среднем ~ 150МПа(54% от предела прочности при температуре ~ 7500С), а для материала сопла~200МПа (45% от предела прочности).На Рис.

5.39. показан график зависимости интенсивности пластическойдеформации от параметра нагружения (квазивремени) для характерной точкина сварном шве на наружной поверхности камеры для трех состояний камеры.Данный график может быть использован для оценки прочности конструкциипри циклическом нагружении.134Рис. 5.39.График зависимости интенсивности пластической деформации от параметранагружения (квазивремени) для трех состояний камеры в районе сварного шва5.4.3.2.Подконструкция №2Подконструкция №2 включает в себя три опасных зоны: стык медного истального участков огневой стенки камеры в сверхзвуковой части сопла(опасная зона А), стык развальцованной оболочки камеры со сверхзвуковойчастью сопла (опасная зона В) и тракт охлаждения в районе критическогосечения (опасная зона С). Модель представлена на Рис.