Введение к работе
Актуальность проблемы. Задача повышения надежности и длительности работы изделий авиационной техниіаі требует более глубокого понимания статики и динамики нагругення деталей. Значительный интерес представляет . изучение влияния динамики изменения режимов работы двигателя на прочностное состояние дисков компрессора. Диски являются наиболее ответственными деталями турбомашин, что обусловило необходимость их исследования на прочность с учотоы температурных воз действий, пластических деформаций, ползучести. Большой вклад в разработку этой тематики внесли работы Биргера И. А., Демьянушко И. В.. Шорра Б. Ф., Шнейдеровича Р. М., Левина А. В., Арансона А. Я., Скубачевского Г. С., Чижевского К. Г. и др. Эта тематика не потеряла своей актуальности и сегодня. Такое состояние объясняется тем, что, во-первых, экономическая целесообразность требует увеличения ресурса при снижении веса. При этом происходит увеличение числа повторных нагружений (циклов) и рост длительности работы на наиболее нагруженных режимах. Во-вторых, . увеличение прочности материалов, из которых изготавливается диски приводит к уменьшению толаины дисков, особенно это касается дисков компрессора. При этом, учитывая возможность потерн устойчивости в поле центробежных сил, обнаруженную в работах Образцова И. Ф., Вольмпра А. С., Ермекбаевой Е. Ш. Лизарева А. Д., Кузьменцова В. П., возникает актуальность исследования динамической потери устойчивости в процессе выхода на режим н получения условий, гарантируюздх отсутствие таких эффектов.
Цель работы, известно, что при изготовлении тонких дисков с ободом возможно отклонение от плоской формы (технологическая погибь). В основе данной работы лежит предположение о том, что неправильность формы диска вызвана закратическпми сжимакдами усилиями со стороны обода. На рис. 1 показаны сечения срединной поверхности диска. Исходному состоянию соответствует полосэиие 1. При выходе на режим вращения возникают центробежные силы, действующие на обод и полотно диска. Центробежные силы
-4-коипенсируют действие сжимающих усилий со стороны обода.
Рис. і Полотно диска, оставаясь в закритическом состоянии, принимает положение 2, но существует и третье устойчивое положение относительного равновесия С симметричное относительно плоского состояния положению 2). Цель работы состоит в исследовании вопроса о том, возможен ли при выходе на режим вращения переход из положения 1 в положение 3? Если такой переход возможен, то как его избежать? Т.к. при таком переходе возникают нелинейные колебания с большой амплитудой, а соответственно и значительные изменения изгибных напряжений, что может повлиять на прочностные характеристики полотна диска.
Научная новизна состоит в выявлении и изучении эффекта динамического перехода искривленных дисков в пале действия центробежных сил. Получены достаточные условия отсутствия потери устойчивости, описаны наиболее опасные этапы эксплуатации, так для диска 6-ой ступени компрессора РД-ЗМ таким участком оказался режим малого газа. Созданы программы исследования динамики дисков в поле центробежных сил, сочетающие вариационные методы сведения исходной задачи к задаче решения нелинейных алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений, модификации метода Ньютона и Рунте-Кутта, а также процедуру последовательного построения начальных приближений для итерационного метода Ньютона.
Практическая ценность работы состоит в том, что даны рекомендации по условиям эксплуатации дисков, гарантирующих отсутствие потери динамической устойчивости. Разработаны программы, позволяющие рассчитывать динамику искривленных дисков. Результаты расчета могут быть использованы в конструкторских бюро машиностроения.
Достовернооть полученных результатов обеспечивается достаточно строгой постановкой задач, использование»! математически обоснованной методики их решения и проведенным анализом точности вычислений. Обоснованность сделанных в диссертационной работе выводов подтверждается совпадением результатов решения тестовых задач с известными точными решениями, а таксе хорошим согласованием полученных результатов с имеощнмися в научной литературе данными.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на итоговых научных конференциях Казанского химико^гехнологнческого института 1985-1990 годов, на I Всесоюзной научно-конферэнцин "Маховичные накопители энергии" С г. Зйїтошф, сентябрь 1985 г.), на II Республиканской научно- технической конференции по механике машиностроения С г. Брежнев, сентябрь 1987 г.), на XI Всесоюзной научно- технической конференции "Конструционная прочность двигателей" (г. Куйбышев, июнь 1988 г.), на III Всесоюзной конфэренцяи "Современные проблемы механики и прочности летательных аппаратов" Сг. Казань, сентябрь 1988 г.).
Публикации. Основное содераанпе диссертации отражено в 3 статьях и 4 тезисах докладов конференций.
Объем работы. Диссертационная работа состоят из введения, трех глав, заюгачения, списка литературы из 93 наименований и содержит 139 страниц машинописного текста, 22 рисунка и 10 таблиц.