Верификация разработанных математических моделей и созданного программного обеспечения на тестовых моделях пластин и академических рабочих колесах осевых турбомашин
Ключевые слова:
верификация, динамические характеристики, математическая модель, численный расчет, рабочие колесаАннотация
Определение динамических характеристик (собственных частот и форм колебаний) – важная научная задача, позволяющая решать проблему устранения явления резонанса (например, путем изменения формы деталей), а, следовательно, и повышения ресурса деталей турбомашин под действием различных факторов – вращение, температура расстройки параметров и т.д. Сегодня с помощью мощных компьютеров и за счет развития цифровых методов можно значительно сократить время, затрачиваемое на решение подобных задач, а также сэкономить финансовые средства. Однако в процессе разработки математических моделей и численных методов исследования необходимо верифицировать имеющиеся результаты другими методами, например, сравнением с аналитическим решением или экспериментальными данными. В настоящей работе представлены результаты определения и верификации динамических характеристик колебаний, полученных с помощью разработанных математических моделей и программного обеспечения на тестовых моделях пластин и академических рабочих колесах осевых турбомашин. Установлено, что численные расчеты собственных частот колебаний исследуемых конструкций хорошо согласуются с экспериментальными данными авторов и другими исследованиями, а также с аналитическими решениями. Дополнительно изучено изменение связанности колебаний лопаток за счет увеличения толщины диска рабочего колеса. При этом преобразуются как формы колебаний, так и спектр собственных частот колебаний исходной конструкции. Значительное увеличение толщины диска приводит к локализации форм колебаний лопаток как единичных конструкций. Данный вариант является одним из видов введения расстройки параметров и верификации исследования колебаний колес с неидентичными лопатками.
Библиографические ссылки
Паровые и газовые турбины для электростанций / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин и др. М. : МЭИ, 2016. 557 с.
Костюк А.Г. Динамика и прочность турбомашин. М. : МЭИ, 2007. 476 с.
Экспериментальное исследование модели автоклава для гидротермального синтеза минералов / Д.А. Еловенко, П.Г. Пимштейн, О.В. Репецкий и др. // Вестн. Байкальского союза стипендиатов DAAD. 2010. № 1. С. 11–19.
Hoffmann Т., Scheidt L., Wallaschek J. Single Nodal Diameter Excitation of Turbine Blades: Experimental and Theoretical Study // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2021, Vol. 143, Iss. 9. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4051172.
Иванов В.П. Колебания рабочих колес турбомашин. М. : Машиностроение, 1983. 224 с.
Репецкий О.В., Нгуен В.В. Анализ динамических характеристик элементов турбомашин // Вестник НГИЭИ. 2020. № 2 (105). С. 5¬17.
Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя. М. : ДМК, 2005. 639 с.
Modal Analyses of an Axial Turbine Blisk with Intentional Mistuning / B. Beirow, F. Figaschewsky, A. Kühhorn et al. // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2018. Vol. 140, Iss. 1. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4037588.
Ewins D.J. Vibration modes of Mistuned bladed disks // Journal of Engineering for Power. 1976. Vol. 98, Iss. 3. P. 349–355.
До Мань Тунг. Численный анализ влияния расстройки параметров на динамические характеристики рабочих колес турбомашин : дис. … канд. техн. наук. Иркутск, 2014. 197 c.
Repetckii O., Nguyen T.Q., Ryzhikov I. Investigation of vibration and fatigue life of mistuned bladed disks // Actual Issues of Mechanical Engineering : proceedings of the International Conference (AIME 2017). Tomsk, 2017. Vol. 133. P. 702¬707.
Repetskiy O.V., Ryjikov I.N. Modeling and simulation of dynamic processes with the help of program package BLADIS+ // International Conference on Systems, Computing Sciences And Software Engineering. Bridgeport, 2007. P. 219-220.
Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М. : Наука. 1966. 636 с.
Ермаков А.И., Урлапкин А.В., Федорченко Д.Г. Влияние связанности колебаний на собственные формы рабочего ко-леса с неидентичными лопатками // Вестн. Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2014. № 5-3 (47). С. 76–81.
Гладкий И.Л., Пивоварова М.В. Разработка способа обрыва рабочей лопатки компрессора высокого давления на за-данной частоте вращения // Вестн. Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Механика. 2023. № 3. C. 53–62.
Ермаков А.И., Урлапкин А.В., Федорченко Д.Г. Формирование разброса резонансных напряжений в рабочих колесах с неидентичными лопатками и слабой связанностью колебаний // Вестн. Самар. гос. аэрокосм. ун-та. 2014. № 5-4 (47). C. 9–13.
Жужукин А.И., Непеин К.Г. Применение спеклинтерферометрии для экспериментального исследования колебаний рабочих колес турбомашин с расстройкой параметров // Динамика и виброакустика. 2023. Т. 9. № 1. C. 21–32.
Рыжиков И.Н., Нгуен Т.К. Влияние расстройки параметров на частоты и формы колебаний конструкций с поворотной симметрией // Механики XXI веку. 2015. №14. C. 29–33.
Numerical methods for calculating component modes for geometric mistuning reduced-order models / J.A. Beck, J.M. Brown, A.A. Kaszynski et al. // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2022. Vol. 144, Iss. 3. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4052427.
The dynamic influence of crystal orientation on a second generation single crystal material for turbine buckets / M. Manetti, I. Giovannetti, N. Pieroni et al. // Proceedings of the 2009 ASME Turbo Expo. Orlando, 2009. Vol. 6. Part A. P. 125–135.
