Особенности расчета на колебания при использовании конечно-элементного пакета ansys

При построении резонансной диаграммы пакет ANSYS позволяет точно учесть влияние центробежных сил. Для этого предварительно производится статический расчет с включенной опцией расчета нагружения Main Menu>Solution>Analysis Options: prestress on. Далее производится расчет собственных частот и форм колебаний лопатки (модальный анализ). Рассчитываются первые 10 собственных частот. Для классификации формы колебаний отображаются поля суммарных перемещений лопатки (USUM).

Параметрическая модель лопатки, ранее созданная в ANSYS, позволяет исследовать влияние толщины сечения на собственные частоты лопатки. Выбирается одна из частот по указанию преподавателя. Далее корневое, среднее и периферийное сечения последовательно изменяются на +20% и -20% по толщине (при сохранении неизменными всех остальных сечений лопатки).

Результаты этого исследования позволяют провести частотную отстройку лопатки от резонанса. Для этого:

1. Точка резонанса смещается на 10% по оборотам двигателя вверх или вниз от режима продолжительной работы двигателя;

2. Частотная линия лопатки параллельно переносится в новую точку резонанса. При этом видно, насколько необходимо изменить статическую частоту;

3. По результатам исследования влияния толщины сечений на собственную частоту определяется, какое сечение нужно изменить, и насколько, для необходимого изменения статической частоты лопатки;

4. Расчетом подтверждается новая собственная частота лопатки;

5. Так как сечения лопатки изменены, необходим расчет измененного варианта лопатки на статическую прочность.

В пояснительную записку включаются:

- таблица рассчитанных 10 собственных частот и форм колебаний;

- резонансная диаграмма для частоты, указанной преподавателем;

- зависимости собственной частоты от толщины сечений лопатки;

- расчет собственной частоты лопатки после частотной отстройки;

- расчет измененной лопатки на статическую прочность.

 

Расчет на статическую прочность диска

Нагрузка на диск.

На внешнем радиусе расчетной схемы диска приложена суммарная контурная нагрузка от действия лопаток и кольцевой замковой части обода

= ,

где - число лопаток;

- площадь профиля втулочного сечения лопатки;

- напряжение растяжения во втулочном сечении лопатки от действия центробежных сил;

- плотность материала кольцевой замковой части обода;

- площадь радиального сечения замковой части обода;

- радиус центра тяжести радиального сечения замковой части обода;

- угловая частота вращения диска;

- внешний радиус расчетной схемы диска;

- ширина кольцевой замковой части обода.

Влияние неравномерного нагрева диска по радиусу на его напряженно-деформированное состояние обычно учитывается только для дисков турбин. Температуру диска турбины на внешнем радиусе расчетной схемы можно принять, приближенно оценив перепад температур замковой части обода диска:

= - (100…150), К

где - температура лопатки во втулочном (№4) сечении, К.

Для дисков охлаждаемых турбин разность температур на внешнем и нулевом радиусах ориентировочно оценивается величиной

- = (150…350), К.

Чем совершеннее система охлаждения диска, тем эта разность меньше.

В некоторых случаях можно принять температуру на нулевом радиусе диска равной температуре воздуха за компрессором T^* _k, если турбина охлаждается этим воздухом.