Використання уточнених скінченноелементних моделей для розв’язання задачі термопружності роторів турбомашин
Ключові слова:
тривимірні скінченні елементи, ротори газових турбін, поля переміщень і температур, задача контактної термопружності, зазор, натягАнотація
Розроблена уточнена математична модель роторів газотурбінних двигунів з використанням тривимірних скінченних елементів криволінійної форми. Всі розрахунки виконані для роторів, що дуже поширені в енергетичному машино-та суднобудуванні. Деталі такого типу мають конструктивну неоднорідність, яку навряд чи можна було б правильно пояснити, використовуючи добре відомі скінченні елементи та їхні функції форми. З іншого боку, математична модель повинна бути максимально простою з метою її широкого використання в процесі проектування ротора. Тому була розроблена нова уточнена скінченноелементна математична модель, що складається з тривимірних криволінійних скінченних елементів типу гексаедр. Вона використовувалась для розрахунку поля переміщень, викликаного комплексним впливом теплового потоку, і контактного навантаження в місцях з'єднання елементів ротора. Такий підхід дає можливість описати весь ротор як суперпозицію розроблених криволінійних моделей скінченних елементів і зробити процес розрахунку більш правильним і компактним. Для вирішення поставленого завдання була складена система матричних рівнянь. Вона грунтується на використанні залежностей енергетичного балансу під час механічної контактної взаємодії елементів ротора, а також теплового балансу у разі впливу нестаціонарного теплового потоку. Під час створення чисельного алгоритму розв’язання поставленої задачі використовувалося пряме розкладання Холецького. Для додання розв’язку більшої компактності застосовувалася схема Шермана. Всі розрахунки полів переміщень і температур проведені для двох широко поширених типів з'єднань, які використовуються для створення таких роторів, а саме: з'єднань з зазором та натягом.Посилання
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.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Sergey A. Morgun, Aleksey S. Kairov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи і передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензійного договору (угоди).
- Автори мають право самостійно укладати додаткові договори (угоди) з неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати в складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установи або на персональних веб-сайтах) рукопису роботи як до подачі цього рукопису в редакцію, так і під час її редакційної обробки, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії і позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
