Введение
Классификация актуальных проблем механики рабочих лопаток и анализ методов решения задач динамики и прочности рабочих лопаток последних ступеней паровых турбин 16
1.1 Особенности конструкции и силы, действующие на рабочие лопатки паровых турбин 16
1.1.1 Профильная часть лопатки 17
1.1.2 Хвостовая часть лопатки 18
1.1.3 Связи 21
1.2 Описание конструкции рабочей лопатки последней ступени паровой турбины длиной 960 мм. Пространственные геометрические модели 23
1.2.1 Построение пространственных геометрических моделей двух вариантов конструкции рабочей лопатки.. 25
1.3 Силы, действующие на рабочие лопатки в условиях эксплуатации 28
1.4 Анализ методов решения задач динамики и прочности лопаточного аппарата паровых турбин 30
1.4.1 Основные соотношения теории упругости и упруго-пластичности. Дифференциальные уравнения равновесия. Граничные условия 31
1.4.2 Основы механики контактного взаимодействия 34
1.4.3 Изгибно-крутильные колебания естественно закрученных лопаток 39
1.4.4 Особенности спектра собственных частот тел, обладающих циклической симметрией 40
Расчетные методы решения прикладных задач динамики и прочности турбомашин, основанные на методе конечных элементов 43
2.1 Конечно-элементное решение задач теории упругости 43
2.1.1 Основная концепция метода конечных элементов 43
2.1.2 Построение конечно-элементной модели области (дискретизация области) 44
2.1.3 Построение конечно-элементной модели функции 44
2.1.4 Определение элементных матриц жесткости и векторов нагрузки 46
2.1.5 Формирование глобальной матрицы жесткости и глобального вектора нагрузки 48
2.1.6 Определение деформаций и напряжений 48
2.1.7 Особенности глобальных конечно-элементных матриц 48
2.2 Решение системы конечно-элементных уравнений 49
2.2.1 Фронтальный метод . 49
2.2.2 Итерационные методы 51
2.3 Решение спектральных задач блочным методом Ланцоша 52
2.4 Конечно-элементное моделирование контактного взаимодействия 57
2.4.1 Метод множителей Лагранжа 58
2.4.2 Метод штрафных функций 59
2.5 Концепция инженерного расчета сложных конструкций, основанная на цтМ-принципе и прямом КЭ моделировании... 60
2.6 Метод многоуровневого субмоделирования (Multilevel Submodeling Method) 62
Разработка методики инженерного расчета напряженно- деформированного состояния профильной части лопатки 64
3.1 Конечно-элементное моделирование и исследование пространственного напряженно-деформированного состояния профильной части рабочей лопатки с вильчатым хвостовым соединением 64
3.1.1 Описание моделей. Граничные условия. Свойства материалов 64
3.1.2 Расчет НДС профильной части рабочей лопатки. Полномасштабная модель, модель I и модель II 68
3.1.3 Расчет напряженно-деформированного состояния профильной части лопатки. Макромодель 74
3.1.4 Сравнение с результатами, полученными с помощью теории стержней 79
3.1.5 Уточняющий расчет напряженно-деформированного состояния в зоне галтелей профильной части под демпферные связи при помощи метода субмоделирования 80
3.2 Конечно-элементное исследование пространственного напряженно-деформированного состояния профильной части рабочей лопатки с елочным хвостовым соединением 86
3.2.1 Расчет напряженно-деформированного состояния профильной части лопатки 87
3.3 Сравнение НДС лопаток вариантов 1 и 2 96
4 Разработка методики инженерного расчета пространственного напряженно-деформированного состояния узла крепления лопатки с вильчатым хвостовым соединением 98
4.1 Расчет НДС хвостового соединения рабочей лопатки. Полномасштабная модель и модель 1 100
4.2 Расчет НДС узла крепления лопатки. Субмодель 1-го уровня ... 101
4.2.1 Выбор размеров субмодели 102
4.2.2 Напряженно-деформированное состояние узла крепления 104
4.3 Расчет напряженно-деформированного состояния верхней и
нижней заклепок. Субмодели 2-го уровня 106
4.4 Основные результаты 108
4.5 Методика инженерного расчета напряженно-деформированного состояния узла крепления рабочей лопатки с вильчатым хвостовым соединением 110
4.6 Применение разработанной методики инженерного расчета напряженно-деформированного состояния вильчатого хвостового соединения для анализа влияния технологических отклонений на прочность заклепочного узла 113
Конечно-элементное моделирование и исследование вибрационного состояния рабочей лопатки с елочным хвостовым соединением 122
5.1 Влияние центробежных сил на собственные частоты колебаний лопаток 122
5.2 Конечно-элементное моделирование и исследование свободных колебаний рабочей лопатки с елочным хвостовым соединением 123
5.2.1 Конечно-элементное моделирование на основе иерархической последовательности моделей 123
5.2.2 КЭ модели 1-го и 2-го уровней. Исследование влияния демпферных связей на динамические частоты свободных колебаний лопаток 125
5.2.3 КЭ модели 2-го и 3-го уровней. Исследование влияния диска на динамические частоты свободных колебаний лопаток 127
5.2.4 КЭ модели 3-го и 4-го уровней. Исследование влияния контактного взаимодействия в хвостовике, бандаже и демпферных связях на динамические частоты свободных колебаний лопаток 128
5.2.5 Основные результаты КЭ исследований. Сравнение расчетных значений собственных частот лопаточного венца с экспериментальными данными 129
5.3 Конструкционное демпфирование в демпферных связях и бандаже при вибрации лопаток
5.3.1 Система с распределенным конструкционным трением. Тестовая задача 132
5.3.2 Исследование систем с распределенным конструкционным трением для оценки величины конструкционного демпфирования 135
5.3.3 Исследование возможности использования одномерной теории упруго-фрикционного демпфирования для моделирования рассеяния энергии в демпферных связях рабочих лопаток последних ступеней паровых турбин... 139
5.3.4 Разработка новой методики оценки рассеяния энергии в демпферных связях и хвостовых соединениях рабочих лопаток 144
Заключение 147
Список литературы 152
