Оптимизация диска турбины ГТД в упруго-пластичной постановке с помощью ANSYS Mechanical APDL
Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 7 августа, печатный экземпляр отправим 11 августа.

Оптимизация диска турбины ГТД в упруго-пластичной постановке с помощью ANSYS Mechanical APDL

В статье показано выполнение оптимизация диска турбины ГТД по массе в упруго-пластичной постановке задачи в программном комплексе ANSYS Mechanical APDL.
Поделиться в социальных сетях
57 просмотров
Библиографическое описание

Махмутов, Р. Г. Оптимизация диска турбины ГТД в упруго-пластичной постановке с помощью ANSYS Mechanical APDL / Р. Г. Махмутов, Г. Г. Кутлугаллямов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 52 (290). — С. 44-49. — URL: https://moluch.ru/archive/290/65919/ (дата обращения: 27.07.2021).



В статье показано выполнение оптимизация диска турбины ГТД по массе в упруго-пластичной постановке задачи в программном комплексе ANSYS Mechanical APDL.

Ключевые слова: оптимизация, снижение массы, диск ГТД, упруго-пластичная задача, ANSYS Mechanical APDL.

Минимальная масса — это одно из основных требований, которым должны отвечать эксплуатируемые в настоящее время авиационные двигатели (АД). Общая масса двигателя складывается из суммы масс отдельных узлов и деталей. Из практики известно, что каждый лишний 1 кг массы двигателя вызывает увеличение массы самолета на 3 кг. Также к важнейшим характеристикам, определяющим совершенство АД, относится удельная масса. В значительной мере эти характеристики определяются конструктивными особенностями турбины. Таким образом, снижая массу диска турбины — ее основного элемента при сохранении других ее характеристик в оптимальном диапазоне можно добиться совершенствования АД.

Исходные данные:

  1. Угловая скорость: ;
  2. Контурная нагрузка: ;
  3. Температура диска от: от 650 до 900 К;
  4. Материал: ЭИ-698 ВД (;
  5. Кривая деформирования сплава ЭИ-698 ВД, представленная ниже (рис. 1).

Рис. 1. Кривая деформирования сплава ЭИ-698 ВД

  1. Модуль упругости, коэффициент Пуассона и условный предел текучести, а также коэффициент температурного расширения для различных температур представлены в таблицах 1–2 соответственно.

Таблица 1

Механические характеристики сплава ЭИ-698 ВД

T, К

293

673

773

873

973

1073

E,

20000

18200

17500

16500

15500

14300

μ

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

0,3

740

-

700

670

650

570

Таблица 2

Коэффициент температурного расширения сплава ЭИ-698 ВД

T, К

293–373

293–473

293–573

293–673

293–773

293–873

293–973

293–1073

293–1173

11

11,4

11,7

12,1

12,4

12,7

13,4

13,9

14,7

Облик диска турбины представлен ниже (рис. 2).

Оптимизация диска проводится с сохранением ширины , радиуса центрального отверстия , , , , — ширины и радиуса обода.

Варьируемые параметры и диапазон их значений для оптимизации представлены в таблице 3.

Рис. 2. Облик диска

Таблица 3

Варьируемые параметры

Параметр

Диапазон

120…135

140…170

210…245

40…60

15…25

7…15

3…35

3…25

Начинаем работу с создания геометрической модели. Выполняем задание варьируемых параметров: Utility Menu → ParametersScalar Parameters. Создаем геометрическую модель, создав последовательно примитивы: точки → линии → скругления, при этом при задании координат точек, используем созданные ранее параметры.

После создаем площади по линиям, вводим характеристики материала, указываем тип и размера элемента (диск — осесимметричное тело, выполненное из одного материала), создаем расчетную сетку. Задаем следующие граничные условия: ограничение по осевым перемещениям (фиксация в точке крепления диска к валу), контурную нагрузку, угловую скорость и температуры, заданные на различных радиусах в соответствии с параболической зависимостью:, где — температура ступицы. Расчетная модель представлена ниже (рис. 3).

Рис. 3. Расчетная модель

Производим расчет. После выполнения расчета приступаем к оптимизации. Целевая функция — объем. Результаты оптимизации представлены ниже (рис. 4 — рис.7).

Лист оптимизации представлен ниже (рис. 8).

Рис. 4. Эквивалентные напряжения по итерациям

Рис. 5. Объем по итерациям

Рис. 6. Коэффициент запаса прочности по итерациям

Рис. 7. Эквивалентные напряжения по объемам

Рис. 8. Лист оптимизации

В качестве конечного варианта выбран полученный в результате 11 итерации. Распределение эквивалентных напряжений этого варианта представлено ниже (рис. 9).

Рис. 9. Распределение эквивалентных напряжений оптимизированного варианта

Заключение: в результате выполнения оптимизации масса диска уменьшилась с 35,016 кг до 30,143 кг, таким образом, масса уменьшилась на 13,92 % при сохранении минимального коэффициента запаса прочности , лежащего в диапазоне рекомендуемых значений допускаемых коэффициентов запаса прочности .

Литература:

  1. Галимханов Б. К., Латыпов Р. К. ANSYS: Основы расчета на прочность элементов АД и ЭУ. Методические указания по дисциплине «Конструкция и прочность АД и ЭУ» / УГАТУ, Уфа, 2004 г. — 54с.
  2. Тархов Л. Н., Харитонов В. Ф. Расчет дисков газотурбинных двигателей. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / УГАТУ, Уфа, 2005 г. — 25с.
  3. Харитонов В. Ф. Материалы деталей авиационных газотурбинных двигателей. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / УГАТУ, Уфа, 2004 г. — 38с.

основные термины

генерируются автоматически
оптимизация, снижение массы, диск ГТД, упруго-пластичная задача, ANSYS Mechanical APDL
Похожие статьи
Мансурова Алия Ришатовна
Применение программного комплекса ANSYS в компьютерном моделировании
Технические науки
2018
Махмутов Ренат Ганиевич
Топологическая оптимизация рычага в ANSYS Mechanical
Технические науки
2019
Сенюшкин Николай Сергеевич
Идентификация математической модели обтекания крыльевого профиля потоком газа в CAE пакете ANSYS CFX
Технические науки
2010
Шемякин Юрий Владимирович
Подход к численному моделированию процесса прессования цилиндрических заготовок из алюминиевого сплава в программном комплексе Ansys/ls-dyna
Технические науки
2013
Ахмедзянов Дмитрий Альбертович
Численное термогазодинамическое моделирование процесса горения
Технические науки
2009
Ермаков Дмитрий Александрович
Методическое обеспечение решения математических моделей
Технические науки
2018
Илясов Виктор Васильевич
Анализ лопастей турбины ГТД из карбида титана в пакете Ansys
Физика
2016
Андреев Андрей Евгеньевич
Ускорение расчета динамического напряженно-деформированного состояния на графических ускорителях с использованием OpenCL
Информационные технологии
2016
Лебедев Сергей Владимирович
Алгоритм многокритериальной оптимизации многоступенчатого планетарного редуктора
Спецвыпуск
2015
Мурин Сергей Валерьевич
Построение математической модели упругой системы станка
Спецвыпуск
2015
дата публикации
декабрь 2019 г.
рубрика
Технические науки
язык статьи
Русский
Опубликована
Похожие статьи
Мансурова Алия Ришатовна
Применение программного комплекса ANSYS в компьютерном моделировании
Технические науки
2018
Махмутов Ренат Ганиевич
Топологическая оптимизация рычага в ANSYS Mechanical
Технические науки
2019
Сенюшкин Николай Сергеевич
Идентификация математической модели обтекания крыльевого профиля потоком газа в CAE пакете ANSYS CFX
Технические науки
2010
Шемякин Юрий Владимирович
Подход к численному моделированию процесса прессования цилиндрических заготовок из алюминиевого сплава в программном комплексе Ansys/ls-dyna
Технические науки
2013
Ахмедзянов Дмитрий Альбертович
Численное термогазодинамическое моделирование процесса горения
Технические науки
2009
Ермаков Дмитрий Александрович
Методическое обеспечение решения математических моделей
Технические науки
2018
Илясов Виктор Васильевич
Анализ лопастей турбины ГТД из карбида титана в пакете Ansys
Физика
2016
Андреев Андрей Евгеньевич
Ускорение расчета динамического напряженно-деформированного состояния на графических ускорителях с использованием OpenCL
Информационные технологии
2016
Лебедев Сергей Владимирович
Алгоритм многокритериальной оптимизации многоступенчатого планетарного редуктора
Спецвыпуск
2015
Мурин Сергей Валерьевич
Построение математической модели упругой системы станка
Спецвыпуск
2015