Использование уточненных конечно-элементных моделей для решения задачи термоупругости роторов турбомашин
Ключевые слова:
трехмерные конечные элементы, роторы газовых турбин, поля перемещений и температур, задача контактной термоупругости, зазор, натягАннотация
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.Библиографические ссылки
Pykhalov, A. A. (2007). Staticheskiy i dinamicheskiy analiz sbornykh rotorov turbomashin [Static and dynamic analysis of rotor assembly turbomachines]. –Irkutsk: Izd-vo Irkut. tekhn. un-ta, 194 p. [in Russian].
Tsvik, L. B. (1980). Printsip poocherednosti v zadachakh o sopryazhenii i kontakte tverdykh deformiruyemykh tel [The principle of succession in problems on the conjugation and contact of solid deformable bodies]. Prikadnaya mekhanika – Applied Mechanics, vol.16, no.1, pp. 13−18 [in Russian].
Gail, P. (1999). Isoparametric finite elements for analysis of shell segments and non-axisymmetric shells. Journal of Sound and Vibration, vol. 65, no. 2, pp. 259−273.
Sosunov, V. A., Chepkin, V. M. (2003). Teoriya, raschet i proyektirovaniye aviatsionnykh dvigateley i energeticheskikh ustanovok [Theory, calculation and design of aircraft engines and power plants]. – Moscow: Mosk. energ. in-t, 677 p. [in Russian].
Samarskiy A. A., Vabitsevich P. N. (2009). Vychislitelnaya teploperedacha [Computational heat transfer]. – Moscow: Editorial, 784 p. [in Russian].
Morhun, S. (2017). Improving the mathematical models applied for the solution of solid assembly constructions thermoelasticity problem. Journal of Mechanical Engineering , vol. 20, no. 2, pp. 42−46.
Morhun, S. (2018). The influence of the blade feather constructional inhomogeneity on the turbine cooling blades stress-strain state Eastern European Journal of Enterprise Technologies. Series: Applied Mechanics, no. 2/7 (92), pp. 11−17. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.125937.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2018 Sergey A. Morgun, Aleksey S. Kairov
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).
