Особенности моделирования напряжений в окрестности вершины трещины при колебаниях лопаточного аппарата турбомашин
Ключевые слова:
рабочие лопатки, повреждения, специальные конечные элементы, вибрационные характеристики, локализация напряжений, метод конечных элементовАннотация
Исследуется вибрационное состояние компрессорной лопатки с повреждениями. Моделирование объектов проводилось на основании трехмерного подхода метода конечных элементов с использованием специальных сингулярных конечных элементов, отражающих особенности напряженно-деформированного состояния в окрестности вершины трещины. Использование трехмерных конечноэлементных моделей обеспечило возможность детального анализа вибрационной прочности элементов лопаточного аппарата с повреждениями. Создана математическая модель повреждений с использованием конечных элементов, учитывающих сингулярный характер напряжений в устье трещины. Обоснована правомерность использования трехмерных сингулярных элементов в криволинейной системе координат. Показано, что трехмерные сингулярные элементы в криволинейной системе координат способны адекватно моделировать НДС в трещине с произвольным криволинейным фронтом и изменение напряжений по фронту трещины. Проведены исследования влияния трещины на собственные частоты, формы перемещений и распределение относительных напряжений при использовании обычных конечных 20-узловых элементов со сгущением сетки и при использовании сингулярных элементов в области трещины. Проанализированы закономерности изменения спектров частот, форм колебаний и распределения напряжений в лопатках при их повреждениях. Частоты как интегральные характеристики при появлении трещин изменяются слабо. Возникновение трещины следует ожидать в зонах локализации напряжений в лопатке, что позволяет предвидеть появление трещин и предотвратить его за счет малых изменений конструкции.
Библиографические ссылки
Vorobiov, Yu. S. Influence of damages on the vibrations of elements of turbomachine blading / Yu. S. Vorobiov, М. А. Chugay, R. Rzadkowski // Compressor and power engineer, 2009. – Vol. 2 (16). – P. 52–56. (In Russian)
Computational methods are in fracture mechanics: Per. s angl./ Pod red. S. Atluri. – М.: Mir, 1990. – 392 p. (In Russian)
Resistance of materials deformation and fracture. Ch. 1: spravochnoe posobie / Pod red. V. Т. Тroshenko. – Кiev: Nauk. dumka, 1993. – 288 p. (In Russian)
Morozov, Е.М. A method of finite elements in fracture mechanics / Е.М Morozov, G.P. Nikishkov. – М.: Nauka, 1980. – 354 p. (In Russian)
Morozov, Е.М. ANSYS in the hands of engineer: Fracture mechanics / Е.М Morozov, А.Yu. Muzeimnek, А.S. Shadskii. - М.: Lenand, 2010. - 456 p. (In Russian)
Siratori, М. Calculating fracture mechanics / М. Siratori, Т. Miessi, Kh. Matsusita; per. s yaponsk. – М.: Mir, 1986.–334p. (In Russian)
Barsom, R.S. Triangular quarter–point elements as elastic and perfectly–plastic crack tip elements // Int. J for Num Meth in Engineering, 1977. – Vol. 11, № 1. – P. 85–98.
Rzadkowski, R. Dynamics of Steam Turbine Rotor Blading . Part.2. Bladed Discs / R. Rzadkowski. – Wroclaw: Wydawnictwo PAN, 1998. – 221 p.
Szczepanik, R. Crack Initiation of Rotor Blades in the First Stage of SO-3 Compressor / R. Szczepanik, R. Rzadkowski, L. Kwapisz // Advances in vibration engineering, 2010. - Vol.9(4). – P. 357-362.
Vernigor, V.N. Modal analysis of mechanical vibrations of the elastic systems / V.N. Vernigor, А.L. Mihailov. – Rybinsk 2001. – 288 p. (In Russian)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2015 А. М. Чугай
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NoDerivatives» («Атрибуция — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы, публикующиеся в этом журнале, соглашаются со следующими условиями:
- Авторы оставляют за собой право на авторство своей работы и передают журналу право первой публикации этой работы на условиях лицензионного договора (соглашения).
- Авторы имеют право заключать самостоятельно дополнительные договора (соглашения) о неэксклюзивном распространении работы в том виде, в котором она была опубликована этим журналом (например, размещать работу в электронном хранилище учреждения или публиковать в составе монографии), при условии сохранения ссылки на первую публикацию работы в этом журнале.
- Политика журнала позволяет размещение авторами в сети Интернет (например, в хранилищах учреждения или на персональных веб-сайтах) рукописи работы, как до подачи этой рукописи в редакцию, так и во время ее редакционной обработки, поскольку это способствует возникновению продуктивной научной дискуссии и позитивно отражается на оперативности и динамике цитирования опубликованной работы (см. The Effect of Open Access).
