ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УТОЧНЕННЫХ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ТЕРМОУПРУГОСТИ РОТОРОВ ТУРБОМАШИН

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2018.03.053
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 21, № 3, 2018 (сентябрь)
Страницы 53-58

 

Авторы

А. С. Каиров, Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова (54025, Украина, г. Николаев, пр. Героев Украины, 9), ORCID: 0000-0003-3051-9690

С. А. Моргун, Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова (54025, Украина, г. Николаев, пр. Героев Украины, 9), e-mail: serhii.morhun@nuos.edu.ua, ORCID: 0000-0003-2881-7541

 

Аннотация

Разработана уточненная математическая модель роторов газотурбинных двигателей с использованием трехмерных конечных элементов криволинейной формы. Все расчеты были выполнены для роторов, которые широко распространены в энергетическом машиностроении и судостроении. Детали этого типа имеют конструктивную неоднородность, которую вряд ли можно было бы правильно объяснить, используя хорошо известные конечные элементы и их функции формы. С другой стороны, математическая модель должна быть максимально простой с целью ее широкого использования в процессе проектирования ротора. Поэтому была разработана новая уточненная  конечноэлементная математическая модель, состоящая из трехмерных криволинейных конечных элементов типа гексаэдра. Она использовалась для расчета поля перемещений, вызванного комплексным воздействием теплового потока, и контактной нагрузки в местах соединения элементов ротора. Такой подход дает возможность описать весь ротор как суперпозицию разработанных криволинейных моделей конечных элементов и сделать процесс расчета более правильным и компактным. Для решения поставленной задачи была составлена система матричных уравнений. Она основана на использовании зависимостей энергетического баланса при механическом контактном взаимодействии элементов ротора, а также теплового баланса при воздействии нестационарного теплового потока. При создании численного алгоритма решения поставленной задачи использовалось прямое разложение Холецкого. Для придания решению большей компактности применялась схема Шермана. Все расчеты полей перемещений и температур проведены для двух широко распространенных типов соединений, которые используются для создания таких роторов, а именно: соединений с зазором и с натягом.

 

Ключевые слова: трехмерные конечные элементы, роторы газовых турбин, поля перемещений и температур, задача контактной термоупругости, зазор, натяг.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Пыхалов А. А., Милов А. Е. Статический и динамический анализ сборных роторов турбомашин. Иркутск: Изд-во Иркут. техн. ун-та, 2007. 194 с.
  2. Цвик Л. Б. Принцип поочередности в задачах о сопряжении и контакте твердых деформируемых тел. Прикл. механика. Т. 16. № 1. С. 13−18.
  3. Gaill P. Isoparametric finite elements for analysis of shell segments and non-axisymmetric shells. J. Sound and Vibration. Vol. 65. No. 2. Р. 259−273. https://doi.org/10.1016/0022-460X(79)90519-4
  4. Сосунов В. А., Чепкин В. М. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. М.: Моск. энерг. ин-т, 2003. 677 с.
  5. Самарский А. А., Вабицевич П. Н. Вычислительная теплопередача. М.: Эдиториал, 2009. 784 с.
  6. Morhun S. Improving the mathematical models applied for the solution of solid assembly constructions thermoelasticity problem. Проблемы машиностроения. Т. 20. № 2. С. 42−46. https://doi.org/10.15407/pmach2017.02.042
  7. Morhun S. The influence of the blade feather constructional inhomogeneity on the turbine cooling blades stress-strain state. Eastern European J. Enterprise Technologies. Ser. Appl. Mech. 2018. No. 2/7 (92). P. 11−17. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125937

 

Поступила в редакцию 01 июня 2018 г.

Принята в печать