Исследование снижения усталостной прочности лопаток компрессора вследствие повреждения посторонними предметами
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?т место максимальные динамические напряжения при колебаниях по первой изгибной форме;
Закрепление лопатки в замке моделируется жесткой заделкой в корневом сечении. Таким образом, лопатка рассматривается как консольная балка, жестко защемленная в основании;
Не учитывается изменение рабочей температуры;
Задача рассматривается в упругой постановке;
Поля напряжений получены при статическом нагружении.
При приложении растягивающей нагрузки осуществлялся подъем лопатки на величину Rвт (табл. 5) от оси вращения двигателя.
Таблица 5 - Значения втулочного радиуса.
№ ступениRвт, мм3169,452149245,513253,5
2.6 Подтверждение достоверности математической модели
Для оценки достоверности получения расчетных результатов в рамках данной работы проведено исследование сходимости решения на конечно-элементной модели лопатки. Сходимость решения определялась при других граничных условиях [21]. Оценка сходимости проводилась на модели, соответствующей лопатке 5-й ступени направляющего аппарата КВД, имеющей концентратор V-образной формы на входной кромке с углом при вершине 60, радиусом сопряжения ?=0,1 мм и глубиной 0,4 мм. На модель лопатки накладывалась конечно-элементная сетка. Сетка постоянного шага вблизи концентратора имела сгущение. Для оценки сходимости рассматривалось пять моделей с характерным размером элементов вблизи концентратора соответственно 0,0238 мм (рис. 10), 0,0195 мм, 0,0134 мм 0,0093 мм, 0,0074 мм (рис. 11). При этом относительная величина элемента ? (отношение размера элемента к радиусу сопряжения в вершине концентратора ?) составляла соответственно 0,238, 0,195, 0,134, 0,093, 0,074. Характерный относительный размер элементов на удалении от концентратора составил ?=5.
По результатам расчетов получена зависимость теоретического коэффициента концентрации от обратной относительной величины элемента 1/? (рис. 12). Анализ результатов показывает, что кривая зависимости теоретического коэффициента концентрации от относительного размера элемента асимптотически приближается к =4,03. При относительном размере элемента более 1/?=7,5 (что соответствует ?=0,134) расхождение результата с асимптотическим значением составило менее 0,7 %. Данная оценка позволила сделать вывод об оптимальности использования конечно-элементной модели лопатки с характерным относительным размером элементов ? вблизи концентратора порядка .
Рис. 10. Фрагмент модели лопатки с концентратором с характерным относительным размером элемента ?=0,238
Рис. 11. Фрагмент модели лопатки с концентратором с характерным относительным размером элемента ?=0,074
Рис. 12. Зависимость теоретического коэффициента концентрации от относительного размера элемента сетки вблизи концентратора .
3. Результаты математического моделирования
.1 Напряженное состояние в области концентратора
На Рис. 13 для титановой лопатки 5-й ступени без дефектов изображено распределение напряжений, действующих вдоль пера лопатки, при деформации растяжения.
абв
Рис. 13. Распределение напряжений вдоль пера лопатки 5-й ступени без концентратора напряжений: а) вид со стороны корыта; б) вид со стороны спинки; в) распределение нормальных напряжений по сечению лопатки на высоте 14 мм.
Напряженное состояние на входной кромке лопатки без концентратора на высоте нанесения концентратора близко к одноосному (Рис. 13). Из рисунка 13 видно, что со стороны корыта образовалась зона растяжения, а со стороны спинки - зона сжатия. Максимальные растягивающие напряжения действуют на кромках лопатки. Распределение нормальных напряжений по сечению лопатки на высоте 14 мм имеет значительный градиент. Характер распределения напряжений по сечению лопатки, как и следовало ожидать, соответствует теоретическим представлениям при деформациях растяжения. Как сказано выше в качестве концентратора напряжений рассмотрен V-образный надрез.
В лопатке с V-образным надрезом поле напряжений в его вершине также близко к одноосному. На рисунке 14 показано распределение напряжений вдоль пера лопатки при деформации растяжения в лопатке 5-ой ступени с V-образным надрезом. В зоне концентрации напряжений имеет место значительный градиент напряжений. Точка с максимальным значением находится не на криволинейном ребре концентратора, а на некотором расстоянии от него.
Рис. 14. Распределение напряжений в лопатке 5-й ступени с V-образным надрезом.
Наличие концентратора искажает картину распределения напряжений в локальной зоне вблизи концентратора, на удалении от концентратора характер распределения напряжений существенно не изменяется.
3.2 "ияние вида нагружения на теоретические коэффициенты концентрации напряжений
Как сказано выше лопатка была нагружена центробежной нагрузкой и получены теоретические коэффициенты концентрации, как отношение максимального значения напряжений в концентраторе к напряжению на входной кромке в том же сечении в лопатке без повреждений.
В таблице 6 приведены максимальные напряжения, рассчитанные теоретические коэффициенты концентрации для центробежной нагрузки для исследованных лопаток концентратором V-образной формы, а также коэффициенты концентрации для изгибной нагрузки, опубликованные ранее [21].
усталостный прочность лопатка компрессор
Таблица 6- Рассчитанные теоретические коэффициенты концентрации для изгибающей и центробежной нагру