ТВлД для вертолёта (1006005), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Моделирование условийконтактного взаимодействия деталей-Решение задач оптимизации конструкций с достаточно широкими возможностямивыбора целевых функций и назначения ограничений.-Специальные возможности для анализа нелинейных быстропротекающих процессов,таких как обрыв лопатки, или попадание птицы в авиадвигатель.- Интерактивная работа с пользователем. Развитые средства построения геометрическихи конечно-элементных моделей, задания нагрузок, визуализации и обработки результатоврасчетов.-Наличие интерфейсов передачи геометрических моделей из системавтоматизированного проектирования и инженерных расчетов.Возможность дополнения пакета собственными элементами, критериями пластичности иразрушения и т.д., наличие языка макрокоманд, позволяющего пользователюразрабатывать собственные приложения.РАСЧЕТ ДИСКА ТУРБИНЫВращающиеся диски компрессоров и турбин газотурбинного двигателя относятсяк категории основных деталей, разрушение которых может иметь катастрофическиепоследствия для двигателя, а в некоторых случаях и для летательного аппарата в целом.Обеспечение работоспособности и надежности дисков составляет одну из основныхпроблем проектирования двигателя.
Сложность состоит в том, что диски современныхдвигателей, особенно диски турбин высокого давления, работают в условиях длительноговоздействия предельно высоких циклических нагрузок и температур. Увеличение массыи габаритов не всегда позволяет обеспечить необходимую надежность и крайненежелательно для двигателей авиационного назначения. Совершенствование дисковтребует использования новых материалов, постоянного развития расчетных иэкспериментальных методов обеспечения длительной прочности и циклической долговечности.Рис.4 Диски компрессора и турбиныДиски компрессора и турбины представляют собой тело вращения (см. Рис.
4) иимеют обод 2, полотно 3, ступицу 4, элементы крепления к валу или другим дискам 5, атакже элементы крепления рабочих лопаток 1. В центральной части обычно имеетсяотверстие, в котором проходят валы; эти отверстия из-за снижения прочности дискаприводят к необходимости утолщения ступицы. В некоторых конструкциях турбинудается обойтись без таких отверстий. Диаметр дисков составляет до 1000 мм и более,масса дисков может доходить до сотен килограммов. Более массивны диски турбин,работающие при высоких нагрузках и температурах. Элементы крепления дисков весьмаразнообразны, что определятся многообразием конструкций роторов.
В этих элементахнеизбежна концентрация напряжений, обусловленная наличием отверстий, галтелей,шлиц и т.д., поэтому их конструкция требует особо тщательной проработки и расчетов.В трехмерной (3-D) постановке задачи определения напряженнодеформированного состояния (НДС) дисков есть возможность наиболее полноисследовать поведение детали под нагрузкой, какой бы сложной геометрической формыни была эта деталь. В рамках (3-D) постановки возможно исследование НДС целогоротора и даже двигателя целиком.
Однако проведение трудоемких расчетов в трехмернойпостановке должно быть оправдано необходимостью точного учета геометрии деталей иобеспечено высокой точностью предварительного определения нагрузок, температур исвойств материала. В противном случае высокая точность расчета напряжений не будетобеспечена. Обычно расчеты дисков в (3-D) постановке проводят для исследованияконцентрации напряжений и уточнения расчетов циклического ресурса. Предварительнопроводят анализ НДС ротора в осесимметричной постановке для определения условиявзаимодействия деталей ротора.Свойства матриалов используемых при расчете представлены в табл.
. Материалдиска турбины ХН73МБТЮ (ЭИ698), материал лопатки ЖС6-К.Прочностной расчет свободной турбины состоит из 3 частей:-расчет на прочность лопатки-расчет на прочность диска-расчет на прочность замкового соединенияПри конечно-элементном моделировании использовались 3Д модели, которые показанына рис.5 и рис.6Рис.5 3D модель лопатки первой ступени свободной турбиныРис.6 3D модель диска первой ступени свободной турбиныПреимуществом созданной модели является быстрое получения данных на ее основе,что существенно облегчает расчет не только конечно-элементным методом, но и поклассическим методикам. Пример данных взятых с модели представлен ниже============================================================Информация создана для пользов.: AdminДата: 27.01.2009 23:56:06Текущая рабочая деталь: J:\3D\065.42.0003-03.prtИмя узла: asus============================================================Измерение характеристик массыОтображение значения массовых характеристикОбъем= 4101.715506146 mm^3Площадь= 4737.933693475 mm^2Масса= 0.033223874 kgВес= 0.325815200 NРадиус инерции= 24.486241855 mmЦентроид= 71.622781489, 146.831647021, -0.092317277 mm============================================================Точные характеристики массыАнализ использует расчетную точность 0.990000000Единицы инфомацииin - AreaПлотность= 0.000008100Объем= 4101.715506146Площадь= 4737.933693475Масса= 0.033223896Первые моментыMxc, Myc, Mzc= 2.379587815, 4.878319311, -0.003067140Центр массXcbar, Ycbar, Zcbar= 71.622781489, 146.831647021, -0.092317277Момент инерции (рабочий)Ixxw, Iyyw, Izzw= 732.060143706, 175.066908139, 906.162732532Момент инерции (центроид)Ixx, Iyy, Izz= 15.768201369, 4.633926900, 19.438375256Момент инерции (сферический)I= 19.920251762Смешанный момент инерции (рабочий)Pyzw, Pxzw, Pxyw= -0.382358406, -0.639456744, 356.538542012Смешанный момент инерции (центроид)Pyz, Pxz, Pxy= 0.067994747, -0.419779678, 7.139743941Радиус инерции (рабочий)Rxgw, Rygw, Rzgw= 148.439028961, 72.589992939, 165.149712449Радиус инерции (центроид)Rxg, Ryg, Rzg= 21.785413226, 11.809984091, 24.188264235Радиус инерции (сферический)R= 24.486241855Главные осиXp(X), Xp(Y), Xp(Z)= 0.563073200, -0.269214670, 0.781327097Yp(X), Yp(Y), Yp(Z)= 0.700206959, -0.346738493, -0.624085436Zp(X), Zp(Y), Zp(Z)= 0.438929135, 0.898496455, -0.006733168Главные моментыIxxp, Iyyp, Izzp= 19.764323083, 18.929616288, 1.146564154============================================================Оценки ошибкиОбъем= 59.130904235Площадь= 12.458373186Масса= 0.000478960Момент инерции (сферический)= 5.168313423Центр масс= 0.208491393, 0.244513456, 0.174142706Момент инерции (рабочий)= 81.312822712, 47.242841916, 108.753464962Смешанный момент инерции (рабочий) = 25.923131056, 8.387824412, 4.709250974Свойства материалов, применяемых в диске (табл.3) и лопатке (табл.4.) и их физическиесвойства (табл.5.)Табл.3 Своийства материала ХН73МБТЮ (ЭИ698)Температура 0СЕ кг/мм2σв кг/мм2σ0,2 кг/мм22020000115-12575-8545018000110-11570-7555017800105-11068-7260017000105-11065-6865016000105-10863-6870015500100-10563-657501500084-9063-65800140007050Табл.4 Своийства материала ЖС6-КТемпература 0СЕ кг/мм2σв кг/мм2σ0,2 кг/мм2202000090-10083-855001800090-9483-856001700090-9483-857001650090-9483-858001510090-9483-859001300075-8051-5210001220050-5730-3210301140040-4725-2611001040020-2615-20Табл.5 Физические свойства материаловтемператураПлотность кг/м3ЖС6-КХН73МБТЮ (ЭИ698)81008320Коэффициент201112,3температурного10011,413,2расширения 1/0С*10620012,214,230012,91540013,416,350013,817,360014,218,870014,721,680015,220,8В настоящей работе было проведено 2 расчета диска турбины, один с помощьюпрограммы 203 кафедры Disk, второй спомощью программного продукта MSC.NASTRAN.Результаты расчета в программе кафедры представлен в табл.6Табл.6 Результаты расчета диска в программе DISKЛопаточ.
напряжения [дан/см¤]SIGRL=1500.00частота вращения об/минN= 15000.0Материал EI-698(Po [кг/см3]= .00832E [дан/см¤]= .179E+07SIGDL[дан/см¤]= .838E+04 ALFA[1/гр]= .170E-08 при Т= 515.7 гр С)----T-----T-----T------T------------------T--------------T----------¬¦¦¦¦¦¦¦¦¦ N ¦ R ¦ H ¦T ¦Напряжения дан/с줦 з а п a с ы ¦¦¦сеч¦ [см]¦ [см]¦[гр.С]¦рад.окр.¦ экв цил сеч¦ DELRS[см]¦¦¦¦¦¦¦¦¦L---+-----+-----+------+------------------+--------------+----------1.01.6 400.0.00 5645.891.621.91.000024.01.4 439.1 2529.80 2697.353.451.90.004334.12.0 440.0 2195.79 2585.543.741.99.004445.32.0 450.9 1598.90 2260.234.472.01.005255.34.8 451.3 1007.88 2070.125.012.54.005366.74.9 463.7 1159.93 1813.265.582.66.005576.81.1 464.1 2729.91 2278.123.501.64.005589.21.0 484.5 2842.70 2671.873.141.64.009399.32.1 485.3 2018.68 2421.673.862.11.0094109.52.1 487.0 1999.83 2399.013.882.12.0095119.61.0 487.4 3089.71 2722.812.961.63.009612 12.3.8 505.3 2791.81 2815.323.021.60.013613 13.11.5 509.7 2004.98 2553.473.622.17.014314 14.11.5 515.7 1500.00 2321.244.112.36.0148Масса[кг]8.00Запас по разрушающим оборотам1.91Моментыинерции [кг*см¤]IP= .677E+03 ID= .342E+07Рис.7 Результаты расчета диска в программе DISKИз этого расчета видны приложенные нагрузки, геометрия и итоговые величинынапряжений и деформаций.Данные расчета в программе MSC.Nastran представлены ниже на рисункахХарактеристики материала диска:Рис.8 Зависимость модуля упругости от температурыРис.9 Зависимость коэффициента температурного расширения от температурыМодель диска была разбита с помощью тетраэдров, элементами Tet10,автоматическим разбиением.
Хотя данные Tet элементы и дают завышенную жесткость именее точный результат по сравнению с Hex элементами, но зато позволяютавтоматически разбивать сложную геометрию автоматически за короткое время. Чтобыпостроить правильную сетку из Hex элементов необходимо потратить очень многовремени, т.к. автоматически разбиваются только простые элементы, на сложной жегеометрии разбиение можно провести только вручную. Недостатки Tet элементов былискомпенсированы введением еще одного узла на сторону элемента, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
