Проведено исследование точности волновых оболочечных конечно-элементных моделей. Полученные результаты сравнивались с результатами аналитического расчёта. По результатам исследований для всех рассмотренных форм колебаний типовых конструкций расхождение значений собственных частот не превышает 5 %.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.18287/2409-4579-2023-10-1-40-49
- eLIBRARY ID
- 67852471
Одной из основных проблем, стоящих в области решения задач динамики и прочности деталей и узлов турбомашин, является поиск оптимальной конструкции с целью уменьшения массы при обеспечении надёжности изделия. Многократное проведение расчётов для определения характеристик занимает большое количество времени. Современные программные комплексы позволяют проводить оптимизацию отдельных деталей или небольших узлов, однако расчёты таких конструкций как ротор или несколько ступеней рабочих колёс требуют привлечения мощностей кластеров. Эту проблему возможно решить за счёт использования высокоэффективных волновых конечно-элементных моделей.
Реальные конструкции турбомашин в большинстве своём состоят из деталей, которые можно с высокой точностью описать моделью конической оболочки переменной толщины [1–3]. Ранее был создан волновой оболочечный конечный элемент [4], позволяющий проводить расчёты дисков, валов и других деталей ГТД, которые возможно описать моделью переменной осесимметричной оболочки. Данный конечный элемент был построен в рамках гипотез модели Тимошенко, в соответствии с которой принимаем, что любой линейный элемент, нормальный к срединной поверхности пластины, после её деформации остаётся прямолинейным и повёрнутым относительно соответствующих координатных осей на интегральный угол сдвига, а его длина при этом не изменяется.
Список литературы
1. Воробьёв, Ю. С. Колебания лопаточного аппарата турбомашин [Текст] / Ю. С. Воробьёв. - Киев: Наукова думка, 1988. - 224 с.
2. Ермаков, А. И. Методы и модели расчёта динамических характеристик рабочих колёс ГТД [Текст]: диссертация.. доктора. технических наук: 05.07.05 / Ермаков Александр Иванович; Самарский государственный аэрокосмический университет им. С. П. Королева (СГАУ). - Самара, 1996. - 385 с. EDN: ZJIPHZ
3. Богомолов, С. И. Взаимосвязанные колебания в турбомашинах и газотурбинных двигателях. [Текст] / С. И. Богомолов, А. М. Журавлева. - Харьков: Вища школа, 1973. - 179 с.
4. Shchemelev, V. Development of the wave shell finite element for calculating dynamic characteristics of gas turbine engine parts / V. Shchemelev, A. Ermakov // 2020 International Conference on Dynamics and Vibroacoustics of Machines, DVM 2020. - 2020. - vol. 1. - pp. 15-21. EDN: MKWROP
5. Филиппов, А. П. Колебания деформируемых систем [Текст] / А. П. Филиппов. - Москва: Машиностроение, 1970. - 736 с.
6. Гонткевич, В. С. Собственные колебания пластинок и оболочек. [Текст] / В. С. Гонткевич. - Киев: Наукова думка, 1964. - 287 с.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В работе представлено исследование демпфера, принцип действия которого основан на использовании «интеллектуального» материала - многослойного магнитореологического эластомера. Интерес к таким устройствам обусловлен возможностью регулировки упругих свойств, размеров и формы рабочего тела с помощью изменения внешнего магнитного поля, а также большой нагрузочной способностью подобных устройств. Эффективность виброизоляции демпфера определяется конструкцией устройства, технологией изготовления и составом многослойного магнитореологического эластомера. Механический и магнитный гистерезис устройства позволяет оценить управляемость демпфера и его способность поглощать вибрации. Результаты исследований показали наличие симметричной и узкой, не более 7 мкм, петли гистерезиса демпфера на рабочем диапазоне управляющих токов.
В работе представлены основные этапы создания конечно-элементной модели трубопроводной обвязки компрессора, разработанной в программном комплексе Ansys с использованием языка APDL. Конечно-элементная модель сформирована с учётом реальных условий креплений участков трубопроводов в виде установленных опор. Для определения граничных условий трубопроводной системы первым этапом проводится аналитический расчёт пульсаций расхода и давления рабочей среды, генерируемых компрессором. Результаты численных расчётов в виде амплитуды вибрации трубопроводов были получены для каждого участка трубопроводной системы. Проведено сравнение полученных результатов с рекомендуемыми ГОСТ 32569-2013 параметрами вибрации.
Выполнен анализ звукопоглощающих конструкций с учётом их современной классификации. Рассмотренные звукопоглощающие конструкции могут быть использованы для снижения уровней шума самолётов в салоне и на местности. В зависимости от спектра основных источников шума выбирается требуемый тип звукопоглощающей конструкции, которая затем настраивается на проблемный частотный диапазон. Для настройки звукопоглощающих конструкций используются полуэмпирические и экспериментальные методы, а также в настоящее время активно развиваются численные методы.
В представленной работе демонстрируется исследование, посвящённое оценке прочностных характеристик элементов ротора перспективного малоразмерного газотурбинного двигателя. Главной особенностью является то, что анализ напряжённо-деформированного состояния ротора двигателя проводится при учёте вибраций и резонансных частот. В свою очередь, оценка динамических характеристик элементов ротора была проведена с учётом условий их взаимного контакта. Материалы исследования, изложенные в данной статье, послужат для дальнейших итераций проектирования двигателя.
Представлена разработка модели упругого кольца с учётом контактных явлений по выступам. В работе упругое демпферное кольцо моделируется набором прямых балок, соединённых шарнирами. Предложена методика расчёта средневзвешенной жёсткости участков кольца, содержащих выступы и гладкую упругую часть, которая необходима для дальнейшего расчёта жёсткости всего кольца.
Лабиринтные уплотнения в настоящее время являются наиболее распространённым типом герметизаторов в авиационных двигателях. В статье предложен подход для учёта величины их врезания в статорную деталь при определении расхода воздуха. Проведено сравнение результатов расчёта характеристик лабиринтных уплотнений с учётом врезания гребешков уплотнения в статорную деталь с использованием полуэмпирических и численной моделей. Выявлен характер изменения расхода воздуха через уплотнение при изменении геометрических параметров канавок в статорной детали в результате изнашивания срабатываемого покрытия при врезании гребешка лабиринтного уплотнения. Предложены наиболее эффективные полуэмпирические модели для расчёта характеристик таких уплотнений при различных картинах износа и величинах зазора, а также рекомендации по их модернизации для повышения точности расчётов.
Издательство
- Издательство
- Самарский университет
- Регион
- Россия, Самара
- Почтовый адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- Юр. адрес
- 443086, Самара, Московское шоссе, 34,
- ФИО
- Богатырев Владимир Дмитриевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@ssau.ru
- Контактный телефон
- +7 (846) 3351826
- Сайт
- https://www.ssau.ru/