Динамика и прочность

Статическая прочность дисков

Статическая прочность дисков

Статическая прочность дисков

Статическая прочность дисков

Статическая прочность дисков

Силовые и температурные факторы, действующие на диски

Расчет напряжений в плоской осесимметричной постановке

Расчет напряжений в плоской осесимметричной постановке

Поле температур КВД

Метод конечных разностей
Точное решение этих уравнений возможно лишь для частных случаев и определяется формой профиля диска
Диск постоянной толщины
Конический профиль
Гиперболический
Равного сопротивления

Метод конечных разностей

Граничные условия

Диск постоянной толщины

Анализ распределения напряжений
Тангенциальные и окружные напряжения от центробежных сил всегда растягивающие.
Tемпературные напряжения при типичном для стационарного режима поля температур имеют положительный знак на ступице и отрицательный на ободе.
Наличие на ободе сжимающих тангенциальных напряжений σTt объясняется тем, что более горячие волокна обода диска стремятся расшириться, но более «холодная» ступица препятствует этому и вызывает сжатие обода. Обратное воздействие обода на ступицу вызывает появление растягивающих σTt в ступице.
В дисках турбин и последних ступеней компреcсоров высокого давления окружные температурные напряжения достигают 50% от суммарных напряжений. Так называемый обратный градиент температуры, когда ступица диска горячее обода, возникает на режимах остановки двигателя. При этом распределение тангенциальных температурных напряжений имеет противоположный характер: сжатие в области ступицы и растяжение в ободе.
В дисках постоянной толщины с центральным отверстием окружные напряжения в ступице значительно выше, чем в таких же дисках без отверстия.Наличие даже самого малого центрального отверстия приводит к падению на контуре отверстия радиальных напряжений до нуля и увеличению окружных напряжений почти вдвое по сравнению со сплошным диском. По конструктивным соображениям диски часто выполняют с центральным отверстием, а снижения напряжений добиваются увеличением толщины ступицы.

Расчет дисков произвольной формы

Расчет напряжений в плоской осесимметричной постановке

Пластические деформации в дисках

Особенности напряженно-деформированного состояния

Запасы прочности дисков
Предел длительной прочности σдл (предельное напряжение, которое материал выдерживает без разрушения при заданной температуре в течение заданного времени) принимается условно для удвоенной ожидаемой суммарной наработки на этом режиме за время эксплуатации.
Предельные значения напряжений для длительности нагружения 500 часов в дисках из различных групп материалов:
титановые сплавы (а)
жаропрочные сплавы на никелевой основе (б)
гранулируемые сплавы на никелевой основе (в)

Запасы прочности дисков
Запас статической прочности дисков по напряжениям в практике проектирования носит вспомогательный характер. Более показательными принято считать критерии циклической долговечности и несущей способности

Циклическая долговечность
После нескольких циклов нагружения устанавливается размах пластических деформаций Δεp и размах полной деформации Δε.
1. Напряженно-деформированное состояние диска
2. Величина упруго-пластических деформаций

Запас по циклической долговечности
3. Анализируется зависимость изменения по времени напряжений в типовом полетном цикле, количество подциклов, средний уровень напряжений, размах деформаций в каждом из них
4. Оценка циклической долговечности с использованием экспериментальных данных о сопротивлении материала малоцикловому разрушению
При отсутствии данных эмпирическая зависимость Менсона, устанавливающая число циклов нагружения до разрушения при известном Δε

Запасы прочности дисков по разрушающим оборотам
Два случая разрушения диска: по меридиональному и цилиндрическому сечениям

Запасы прочности дисков по разрушающим оборотам

Запасы прочности дисков

Запасы прочности дисков

Концепция допустимых повреждений

Концепция допустимых повреждений
КИН – коэффициент интенсивности напряжений

Модели дисков

Граничные условия и нагрузки

Граничные условия и нагрузки
Фланец лабиринта
Обод диска

Поле температур КВД

Поле радиальных напряжений

Поле окружных напряжений

Статическая прочность роторов барабанного типа

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ
При назначении допустимых запасов прочности для дисков учитывают
Неточность метода расчета
Разброс характеристик материала
Масштабный фактор
Отклонения в допусках на геометрические размеры
Отклонения нагрузок и температур
Прочие

Оптимальное проектирование дисков
Ограничения
Параметры управления
Функция цели
Равнопрочный диск
- толщина диска b(r)
- размеры ступицы bст(r), hст (r)

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ

Автофретирование дисков