Диссертация (1025976), страница 11
Текст из файла (страница 11)
4.4. - Рис. 4.6.Зависимость окружного напряжения в огневой стенкеот давления в камере-59820000-5984000005000001000000 1500000 2000000 2500000 3000000σy', Па-59860000-59880000σy'-59900000-59920000-59940000p, ПаРис. 4.4.Зависимость окружного напряжения в огневой стенке от давления в камере95σy'', ПаЗависимость окружного напряжения в силовой оболочкеот давления в камере200000000180000000160000000140000000120000000100000000800000006000000040000000200000000σy''050000010000001500000200000025000003000000p, ПаРис. 4.5.Зависимость окружного напряжения в силовой оболочке от давления в камереЗависимость окружного напряжения в "размазанномслое" от давления в камере-59360000050000010000001500000200000025000003000000-59380000σy''', Па-59400000-59420000σy'''-59440000-59460000-59480000p, ПаРис. 4.6.Зависимость окружного напряжения в «размазанном слое» от давления вкамере96Результаты расчета рассматриваемой камеры на газогенераторномрежиме по разработанной методике численного моделирования:ΔR=-0.00001914 мσy'=-65.832 МПаσy'''=-56.758 МПаσy''=106.146 МПаОсновной причиной расхождений в результатах расчетов является то, чтоприближенная методика В.И.
Феодосьева не позволяет рассчитывать камерысгорания с существенным температурным градиентом по стенкам, т.к.температура по каждой из стенок осредняется и далее в расчете используетсясреднее значение температуры. Использование жидкого кислорода в качествеохладителя камеры сгорания приводит к значительным температурнымградиентам, что, в свою очередь, ведет к тому, что радиальные перемещенияточек не только в разных стенках, но и в одной стенке существенно отличаютсяввиду больших температурных деформаций, принимающих как отрицательные,так и положительные значения, в зависимости от температуры. В результатеиспользуемое допущение о равенстве радиальных перемещений по всемстенкам ΔR=ΔR'≈ΔR'' приводит к существенным погрешностям в расчетах.Приближенная методика также не позволяет проводить расчет на несколькихпоследовательных режимах работы и учитывать переменный угол закручиванияканалов охлаждения.4.2.Сравнение результатов, полученных на разных конечно-элементных сеткахО достоверности математических моделей, численных алгоритмов ипрограммногообеспечениядостаточноубедительносвидетельствует97сходимостьпараметровнапряженно-деформированногосостоянияприсгущении конечно-элементной сетки [12].С целью верификации результатов, полученных по разработаннойметодике, проведен расчет для камеры, описанной в главе 5, для разныхконечно-элементных сеток.
Результаты расчетов представлены в Таблице 3 иТаблице 4.Таблица 3.Анализ сходимости результатов расчета осесимметричной оболочкиСреднийразмерэлемента,мм0.450.34Максимальные радиальныеперемещения, ммРежим I Режим II0.5730.65210.19.2РежимIII1.21.6Максимальные осевыеперемещения, ммРежимI1.82.1Режим II Режим III17.718.50.350.31Таблица 4.Анализ сходимости конечно-элементных решений для подконструкций.Среднийразмерэлемента,мм0.40.30.80.6Подконструкция 1МаксимальныеМаксимальные эквивалентныеэквивалентные пластическиенапряжения по Мизесу, МПадеформации по Мизесу, %Режим I Режим II Режим Режим Режим II Режим IIIIIII02.80.614924630102.70.7153251294Подконструкция 2 (опасная зона С)12.61.87454821840.92.42743489187Расчет показывает, что с изменением размеров используемых конечныхэлементов результаты изменяются незначительно.984.3.Выводы по главе 41.
Сравнение результатов, полученных по разработанной методике, сэкспериментальными данными не представляется возможным, посколькуприогневыхиспытанияхнапряженно-деформированноесостояниеконструкции непосредственно не определяется.2. Доказана достоверность результатов, полученных по разработаннойчисленной методике, путем сравнения с результатами по методике,предложенной В.И. Феодосьевым.3. Показана сходимость результатов на разных конечно-элементных сетках.99ГЛАВАРАСЧЕТ5.СОСТОЯНИЯОПЫТНОГОНАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГООБРАЗЦАКАМЕРЫСГОРАНИЯИСОПЛОВОЙ ЧАСТИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО МАРШЕВОГОДВИГАТЕЛЯ С КИСЛОРОДНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМВкачествепримерапрактическойреализацииразработаннойкомплексной методики в главе 5 приведен расчет опытного образца камерысгорания и сопловой части многофункционального маршевого двигателя скислородным охлаждением.5.1.Постановка задачиВ результате проведенных исследований с использованием численных иэкспериментальных методов определены следующие критические зоны:1.область входных коллекторов в сверхзвуковой части сопла и стыкаразвальцованной оболочки камеры со сверхзвуковой частью сопла;2.тракт охлаждения в районе критического сечения;3.участок стыка медного и стального участков огневой стенки камерыв сверхзвуковой части сопла;4.стык охлаждаемой части с насадком радиационного охлаждения(НРО)Оболочка камеры с указанием критических мест конструкции показана наРис.
5.1 (с НРО).Более детально критические зоны конструкции показаны на Рис. 5.2..100КритическоесечениеСтык медного истального участковогневой стенкикамеры всверхзвуковойчасти соплаСтыкразвальцованнойоболочки камеры сосверхзвуковойчастью соплаСтыкохлаждаемойчасти с НРОРис. 5.1.Оболочка камеры с обозначением выявленных критических мест101Рис. 5.2.Конструкция камеры в районе критического сечения стыка развальцованнойоболочки камеры со сверхзвуковой частью сопла и стыка медного и стальногоучастков огневой стенки камеры в сверхзвуковой части сопла5.2.Исходные данные для расчета НДС оболочки камеры ЖРД5.2.1. Геометрия камеры и свойства материаловГеометрия камеры и граничные условия показаны ниже.
Свойстваматериалов, из которых изготовлена камера, представлены в приложении.1025.2.2. Граничные условия на перемещенияНа Рис. 5.3. показана поверхность закрепления камеры. На радиальныеперемещения ограничений нет, а осевые перемещения – запрещены.Рис. 5.3.Поверхность закрепления камеры5.2.3. Температурное состояние камерыТемпературное состояние камеры приведено в приложении.5.2.4. Давление газа и охладителяДавления в камере и НРО на всех режимах приведены в приложении.103Выбор оптимальных параметров5.3.5.3.1. Поиск рациональных значений геометрических параметровтракта охлаждения плоской моделиВ результате работы оптимизационной программы, предложенной вглаве 3, найдены следующие оптимальные геометрические параметры трактаохлажденияврасширяющейсячастисопла,гдеканалыохлаждениярасположены меридионально: h1=0.003 м, h=0.0024 м, t=0.0005 м, alpha=0.9665,n=259.Врамкахоптимизацияданной(сзадачирассматриваласьпотенциальнойоднокритериальнаявозможностьювыполнениямногокритериальной оптимизации в случае предоставления необходимых дляданной цели технолого-экономических данных).
Величина целевой функции(максимальной эквивалентной пластической деформации) составила 0.6956%.Ввиду потенциальной невозможности изготовления каналов размером0.0005 м введено ограничение на минимальный размер величиной в 0.001 м.Рациональные геометрические параметры плоской модели, полученные врезультате расчета, представлены в Таблице 5.
Величина целевой функции0.9917% (до оптимизации – 1.427%).Таблица 5.Рациональные геометрические параметры плоской моделиВарьируемые параметрыдо оптимизациипосле оптимизацииn300321t, мм1.22.2h, мм1.32.4h1, мм1.22.4alpha0.8820.8801045.3.2. Поиск рациональных значений геометрических параметровтракта охлаждения 3-D моделиДля поиска рациональных геометрических параметров тракта охлажденияв районе критического сечения создана 3-D модель, описанная в главе 3. Сцелью сокращения времени на вычисления в качестве целевой функциивыбрано максимальное эквивалентное напряжение, минимизацией которогооптимизируются геометрические параметры тракта охлаждения.Влияние значений варьируемых геометрических параметров на величинумаксимальных эквивалентных напряжений приведено на Рис. 5.4.
- Рис. 5.9.В результате работы оптимизационного цикла найдены рациональныегеометрические параметры тракта охлаждения в районе критического сечения,приведенные в Таблице 6.Величина целевой функции составила 1119 МПа (до оптимизации –1452 МПа).Рис. 5.4.Влияние угла закручивания каналов охлаждения на величину максимальныхэквивалентных напряжений105Рис. 5.5.Влияние угла alpha на величину максимальных эквивалентных напряженийРис. 5.6.Влияние толщины тракта охлаждения на величину максимальныхэквивалентных напряжений106Рис. 5.7.Влияние толщины силовой оболочки на величину максимальныхэквивалентных напряженийРис.5.8.Влияние толщины огневой стенки на величину максимальных эквивалентныхнапряжений107Рис.
5.9.Влияние количества каналов охлаждения на величину максимальныхэквивалентных напряжений.Цветографическая диаграмма эквивалентных напряжений в 3-D моделидо оптимизации приведена на Рис. 5.10.108Рис. 5.10.3-D модель до оптимизации. Распределение эквивалентных напряженийЦветографические диаграммы эквивалентных напряжений в 3-D моделипосле оптимизации приведены на Рис. 5.11.Рис. 5.11.3-D модель после оптимизации. Распределение эквивалентных напряжений109Таблица 6.Рациональные геометрические параметры 3-D моделиВарьируемые параметрыдо оптимизациипосле оптимизацииn9054t, мм1.32.2h, мм1.82h1, мм2.83.1alpha2.0902.079gamma7540.07В Таблице 7 приведены результаты расчета максимальных эквивалентныхпластических деформаций и максимальных эквивалентных напряжений длядвумерной и трехмерной моделей.Таблица 7.Результаты расчетаМаксимальные эквивалентные пластическиедеформации, %Расчетная модельдо оптимизациипосле оптимизации1.4270.99172-D (тракт охлаждения врасширяющейся частисопла)Максимальные эквивалентные напряжения, МПадо оптимизациипосле оптимизации145211193-D (тракт охлаждения врайоне критическогосечения)110Анализ результатов показал, что за счет изменения геометрическихпараметров тракта охлаждения удалось повысить прочностные характеристикив критических зонах5.4.Уточненный поверочный расчетРасчет проведен для трех режимов: газогенераторного (захоложеннаякамера),стационарногорежимаиостанова.Значениядавленияитемпературной нагрузки получены из газодинамического расчета [74, 26].
Этизначения служат граничными условиями для определения НДС.Задача решалась поэтапно по методике, описанной в главе 3.Общий вид конструкции показан на Рис. 5.12.Рис. 5.12.Общий вид конструкции и условия закрепления1115.4.1. Расчет коэффициентов анизотропииВ результате работы макроса, описанного в главе 3, определяются модулиЮнга в меридиональном, радиальном и окружном направлениях при различныхтемпературахи углахзакручиванияспиральныхканалов охлаждения.Коэффициенты Пуассона приведенного материала рассчитываются черезобъемные доли ребер охлаждения в слое [143].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
