Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами

Дипломная работа - Разное

Другие дипломы по предмету Разное



В·адачи определения теоретического коэффициента концентрации напряжений в лопатках компрессора

.1 Объекты исследования

.2 Выбор метода исследования

.3 Математическая постановка задачи

.4 Описание конечно-элементных моделей

.7 Граничные условия

.8 Подтверждение достоверности математической модели

. Результаты математического моделирования

.1 Напряженное состояние в области концентратора

.2 "ияние вида нагружения на теоретические коэффициенты концентрации напряжений

Выводы по главе 3

. Концентрация напряжений в лопатках с трещинами

.1 Объект исследования

.2 Выбор метода исследования

.3 Математическая постановка задачи

.4 Граничные условия

.5 Описание конечно-элементной модели

.6 Результаты математического моделирования

Выводы по главе 4

Заключение

Список литературы

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГТДгазотурбинный двигательМКЭметод конечных элементовНДСнапряженно-деформированное состояниеППпосторонний предметПППпопадание постороннего предметаККНкоэффициент концентрации напряженийКИНкоэффициент интенсивности напряжениймодуль упругости?коэффициент Пуассонатолщина кромки на глубине концентратораhглубина концентраторавтулочный радиусотносительная величина элементарадиус сопряжения в вершине концентраторапредел выносливостидинамическое напряжениепредел длительной прочностипредельное напряжениепредел прочностипредельная деформация разрушенияKVкоэффициент запасаK?эффективный коэффициент концентрации напряжений?-1предел выносливости гладкой лопатки?-1кпредел выносливости лопатки с концентраторомqкоэффициент чувствительности к концентрации напряжений??теоретический коэффициент концентрации напряженийY(a)коэффициент формыкоэффициент интенсивности напряженийпороговый коэффициент интенсивности напряженийкритическое значение напряженияадлина трещины

Введение

На сегодняшний день требования к надежности газотурбинных двигателей неуклонно возрастают, и главной целью ужесточения этих требований является обеспечение безопасности людей. Все большее внимание уделяется поиску конструктивных, технологических и эксплуатационных мероприятий, направленных на повышение надежности работы двигателя. Данные из эксплуатационной статистики показывают, что основной причиной досрочного съема с эксплуатации двигателей является поломка лопаток. Лопатки компрессора ГТД нагружены в общем случае сложным комплексом силовых факторов, основными из которых являются газодинамические силы и центробежные силы для рабочих лопаток ротора. Кроме статических нагрузок на лопатку компрессора действуют динамические усилия - вибрационные нагрузки, связанные с неравномерностью газового потока. Статические и динамические нагрузки при длительной работе двигателя приводят к накоплению повреждений в лопатке по механизмам малоцикловой и многоцикловой усталости соответственно.

Наличие в лопатке повреждений различного рода (концентраторов напряжений) приводит к снижению характеристик сопротивления лопатки усталостному разрушению, что при неблагоприятном стечении обстоятельств может привести к поломке лопаток. Концентраторами напряжений (возможными очагами зарождения усталостной трещины) могут служить технологические и металлургические дефекты, возникающие при изготовлении лопатки, эксплуатационные повреждения. Поломка одной лопатки обычно вызывает лавинообразное разрушение других лопаток и приводит к выходу из строя всего двигателя. До 60% поломок лопаток компрессоров ГТД носят усталостный характер [8].

С точки зрения надежности двигателя необходимо обеспечить прочность не только целых лопаток, но и лопаток с повреждениями. Разработка методик для комплексного расчетного анализа прочности лопаток компрессора при их повреждении посторонними предметами (ПП) является актуальной задачей на сегодняшний день.

Цель данной работы, направленной на повышение надежности ГТД - разработка методики оценки снижения усталостной прочности лопаток компрессора при появлении дефекта в виде забоин и трещин.

В настоящей работе приведены результаты исследования усталостной прочности лопаток при наличии концентраторов напряжений.

1.Аналитический обзор по проблеме обеспечения усталостной прочности лопаток компрессора

До 60% поломок лопаток компрессоров ГТД носят усталостный характер [8]. Это связано с действием переменных напряжений и вибраций в процессе эксплуатации. Поломка одной лопатки обычно вызывает лавинообразное разрушение других лопаток и приводит к помпажу компрессора, разбалансировке ротора и выходу из строя всего двигателя. Поэтому проблема обеспечения усталостной прочности лопаток была и является весьма актуальной для двигателестроения.

Сложность обеспечения усталостной прочности связана с многообразием влияющих факторов. К ним относят: 1) технологические (особенности технологического процесса изготовления и термообработки, марка материала); 2) эксплуатационные (условия работы, повреждения и износ); 3) конструктивные (геометрические особенности детали). Последние вынуждают проводить исследования по определению усталостных характеристик лопаток ГТД, именно на натурных объектах, а не на образцах.

Лопатки компрессоров - одна из массовых деталей ГТД. Они представляют собой тело сложной формы и состоят из профильной части (пера) и хвостовика. Кроме того, рабочие лопа