УДК 624.07:534.1

ВЕРИФИКАЦИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ ГТД

Рыбинский государственный авиационный технологический
университет им. П.А. Соловьева:
Айзик Аврамович Бирфельд, доцент, к.т.н.
Александр Владимирович Волгин, аспирант

 

Рассмотрена достоверность применения предложенной авторами инженерной методики компьютерного моделирования разгонных испытаний дисков компрессоров ГТД. Представлены результаты оценки несущей способности дисков реальных конструкций, прошедших натурные разгонные испытания.

The validity of application offered authors engineering methods of computer modeling test in over speed condition of the GTE compressor disks is consider. The results supporting power estimation durability of disks to real design pass the test in over speed condition are submitted.

Ключевые слова: инженерная методика компьютерного моделирования, несущая способность, экспериментальная проверка, критерий численного дифференцирования.

Keywords: engineering methods of computer modeling, supporting power durability, experimental test, criterion of the numerical differentiation.

Несущая способность дисков компрессоров ГТД определяется расчетным и экспериментальным способом. Расчетный способ состоит в определении напряженно-деформированного состояния диска в момент разрушения и оценки предельного состояния на основании различных критериев. Экспериментальный способ заключается в проведении разгонных испытаний натурного диска. Мерой достоверности расчетных методик является соответствие результатов расчета и эксперимента, однако, результаты разгонных испытаний в некоторых случаях дают значительную погрешность.

Авторами предложена инженерная методика, позволяющая выполнять оценку несущей способности дисков компрессоров ГТД на основе компьютерного моделирования разгонных испытаний [1].

Цель работы - выполнить верификацию инженерной методики на основе сопоставления расчетных данных с известными результатами разгонных испытаний натурных дисков компрессоров ГТД.

Объекты исследования

Проверка методики реализована на результатах экспериментальных исследований, при которых диски доводились до разрушения. Рассмотрены две группы дисков: 3 диска из алюминиевого сплава и 4 диска из титанового сплава. Конструкция дисков, свойства материала представлены в [2]. Дополнительно рассмотрены результаты экспериментальной проверки двух дисков из титанового сплава, подвергнутых разгонным испытаниям до частоты вращения, равной 120% от максимальной рабочей частоты вращения (согласно требованиям нормативной документации). Материал дисков - титановый сплав ТА6V. Конструкция дисков представлена на рис. 1 (а - диск вентилятора, б - барабан бустера).

Механические свойства материала дисков определяли испытаниями образцов, вырезанных из заготовок дисков.

Анализ результатов

Оценка несущей способности рассмотренных дисков выполнена в соответствии с инженерной методикой компьютерного моделирования разгонных испытаний [1]. Результаты всестороннего анализа НДС рассматриваемых дисков представлены в [2]. Особенностью методики является предложенный критерий оценки несущей способности диска, основанный на численном дифференцировании массива интерполированной функции деформации от относительной частоты вращения. По графику первой производной функции объемной деформации критерий позволяет определить значение частоты вращения, характеризующее возникновение значительной пластической деформации, ведущей к разрушению диска. Критерием наступления предельного состояния является увеличение на порядок численного значения первой производной по сравнению с начальным участком.

На рис. 2 представлены графики зависимости объемной деформации (кривая 1) и её первой производной (кривая 2) от относительной частоты вращения для дисков из алюминиевого сплава (а - диск ТСВ, б - диск GE, в - диск Д2).

На рис. 3 представлены такие же графики для дисков из титанового сплава (а - диск 1 ст. №1, б - диск 1 ст. №2, в - диск 1 ст. 18 отв., г - диск 2 ст.).

Согласно представленным результатам предложенный критерий определяет начало наступления предельного состояния всех исследуемых дисков в соответствии с экспериментальными данными, то есть перед моментом разрушения.

С целью проверки надежности методики рассмотрен критерий численного дифференцирования функции объемной деформации применительно к результатам испытаний диска вентилятора и барабана бустера. Диск и барабан разогнаны до 120%  максимальной рабочей частоты вращения. Итоги испытания подтвердили целостность конструкций и отсутствие значительной остаточной деформации диска и барабана.

На рис. 4 представлены соответствующие графики, полученные расчетным путем по предложенной методике (а - диск вентилятора, б - барабан бустера).

Согласно представленным на рис. 4 графикам значение производной объемной деформации в зоне частоты испытания (120% максимальной рабочей частоты вращения) практически постоянно, что полностью соответствует стабильному состоянию испытываемых деталей во время эксперимента. При прогнозировании продолжения разгонных испытаний резкое изменение линии производной объемной деформации демонстрирует зону начала разрушения деталей.

На основе изучения представленных данных концепцию обеспечения несущей способности диска предлагается трактовать следующим образом: если при величине раскрутки, равной 120% от максимальной рабочей частоты вращения, значение производной объемной деформации увеличивается не более чем на один порядок, то проведение экспериментальной проверки несущей способности диска не требуется.

Литература
1. Бирфельд А.А., Волгин А.В. Инженерная методика компьютерного моделирования разгонных испытаний диска компрессора ГТД // Вестник РГАТА. -  2011. №1(19).- С. 39-42.
2. Бирфельд А.А., Волгин А.В. Анализ применимости критериев прочности при оценке несущей способности дисков компрессоров ГТД на основе компьютерного моделирования разгонных испытаний // Полет. - 2010. - №2.- С.33-41.

Связь с автором: birfeld@rgata.ru