Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса, постановка задачи 26
1.1 Современное состояние вопросов, связанных с оценкой работоспособности роторных систем высоконагруженных турбомашин 26
1.2 Обоснование научной проблемы применения контактной задачи для анализа сборных роторов турбомашин 35
1.3 Постановка задачи и определение понятия конструктивной дисфункции сборных роторов турбомашин 46
1.4 Выводы по главе 57
ГЛАВА 2. Основные зависимости метода конечных элементов для расчета напряженно-деформированного состояния (ндс) роторов турбомашин 60
2.1 Анализ теоретических подходов МКЭ и основные зависимости вариационно-энергетического принципа метода перемещений теории упругости для расчета роторов турбомашин 60
2.2 Разработка модели объемного напряженно-деформированного состояния деталей турбомашин 66
2.3 Разработка конечных элементов типа: балка, пластина, сосредоточенная масса, интерполирующие элементы 87
2.4 Анализ точности и сходимости численного решения упругой задачи МКЭ в полярно-цилиндрической системе координат 102
2.5 Выводы по главе 116
ГЛАВА 3. Контактная задача механики деформируемого тела при расчете сборных конструкций роторов турбомашин 117
3.1 Математическая модель контактной задачи расчета НДС сборной конструкции ротора 119
3.1.1 Разработка модели контактного конечного элемента сопряжения конструкций (КЭСК) деталей в сборном роторе 122
3.1.2 Преобразование координат КЭСК в глобальной системе полярно-цилиндрических координат 129
3.1.3 Модель адаптации величины штрафной жесткости в КЭСК 135
3.2 Разработка алгоритма программной реализации контактной задачи расчета НДС конструкции сборного ротора 139
3.3 Анализ точности и сходимости с применением контактного конечного элемента в расчете сопряжения деталей ротора 151
3.4 Выводы по главе 159
ГЛАВА 4. Анализ упругопластического ндс сборной конструкции ротора его деталей 161
4.1 Разработка модели упруго-пластического поведения деталей роторов турбомашин 161
4.2 Применение численного итерационного метода 169
4.3 Разработка алгоритма решения задачи расчета упруго-пластического НДС сборной конструкции ротора 174
4.4 Проверка точности решения упруго-пластической задачи 180
4.5 Выводы по главе 188
ГЛАВА 5. Разработка модели контактной теплопроводности и теплообмена в сборных роторах турбомашин 190
5.1 Разработка модели контактной теплопроводности и теплообмена в сборной конструкции ротора ГТД 193
5.1.1 Реализация метода конечных элементов для задачи анализа стационарной теплопроводности и теплообмена турбомашин 193
5.1.2 Разработка конечного элемента контактной теплопроводности, при расчете поля температур в сборной конструкции ротора 200
5.2 Алгоритм решения задачи контактной теплопроводности и теплообмена в сборной конструкции ротора 211
5.3 Анализ точности и сходимости в контактной задаче расчета стационарной теплопроводности деталей турбомашин 214
5.3.1 Анализ точности и сходимости в задаче расчета стационарной теплопроводности деталей турбомашин 214
5.3.2 Анализ точности и сходимости решения задачи стационарной теплопроводности с применением контактного конечного элемента..221
5.4 Отработка методики расчета температурного поля для сборной конструкции ротора 225
5.4.1 Сравнительный анализ полей температур рабочего диска, монолитного ротора и сборного ротора 226
5.4.2 Анализ теплового состояния сборного ротора относительно вариации условий сопряжения 229
5.5 Выводы по главе 231
ГЛАВА 6. Разработка модели анализа динамических характеристик сборных роторов турбомашин 234
6.1 Разработка математической модели МКЭ расчета вынужденных колебаний сборных роторов турбомашин 236
6.2 Алгоритм решения задачи расчета вынужденных колебаний сборных роторов турбомашин 256
6.3 Проверка достоверности численного решения МКЭ относительно аналитического решения определения АЧХ монолитных конструкций. 260
6.3.1 КЭ модель стержня 260
6.3.2 КЭ модель ротора 264
6.4 Проверка достоверности решения МКЭ для сборного ротора относительно решения определения АЧХ его монолитного аналога 269
6.5 Выводы по главе 281
ГЛАВА 7. Разработка методологии анализа сборных роторных конструкций турбомашин на состояние конструктивной дисфункции 283
7.1 Алгоритм и методология численного исследования роторов турбомашин на состояние конструктивной дисфункции 286
7.1.1 Анализ принципиальной конструкции сборного ротора на состояние конструктивной дисфункции 291
7.2 Построение КЭ моделей реальных сборных роторов авиационного ГТД 309
7.2.1 Построение КЭ модели ротора компрессора для решения статической задачи расчета упруго-пластического НДС
и решения динамической задачи определения АЧХ 312
7.2.2 Построение КЭ моделей сборных роторов турбин для решения контактной задачи расчета упруго-пластического НДС конструкций с нецентральными отверстиями крепления в рабочем диске и выносными фланцами соединения рабочего диска и валов 318
7.2.3 Построение КЭ модели ротора турбины для решения динамической задачи определения их АЧХ, для конструкций: с нецентральными отверстиями крепления в рабочем диске и выносными фланцами соединением рабочего диска и валов 335
7.3 Решение задачи анализа контактной теплопроводности сборных роторов авиационного ГТД 341
7.4 Решение упруго-пластической контактной задачи расчета НДС сборных роторов авиационных ГТД на исходном, рабочем и разгрузочном режимах работы 350
7.5 Анализ АЧХ сборных роторов авиационного ГТД с учетом в них упруго-пластического деформирования, а также относительно их монолитных аналогов 375
7.5.1 Анализ АЧХ сборных роторов относительно их монолитных аналогов 376
7.5.2 Анализ АЧХ сборных роторов с учетом в них пластических (остаточных) деформаций после рабочего режима 380
7.5.3 Анализ АЧХ сборных роторов с учетом модификации в них параметров сопряжения конструкции 384
7.6 Выводы по главе 388
Заключение 393
Библиографический список
