Особенности расчета при использовании конечно-элементного пакета ANSYS

Расчет производится на ПК методом конечных элементов с помощью программы ANSYS [2, 3].

Для оценки прочности используется осесимметричная модель, то есть для диска задается в качестве геометрической информации только сечение. На сечении должны быть фланцы и проставки (если они есть). Осью диска должна быть ось Y. Расчет включает оптимизацию диска по параметрам «коэффициент запаса – масса». Поэтому необходимо построение легко изменяемой параметрической модели диска. В качестве параметров выбираются толщины, радиусы изменения толщин и радиусы скруглений (рис. 6).

Рис. 6. Сечение параметрической модели диска

 

Для данной расчетной модели диска можно использовать конечные элементы типа Solid Plane 42, указывая для них в Options осесимметричное напряженное состояние (Axisymmetric). Применяется свободная разбивка на конечные элементы, командой Size Controls задается размер конечного элемента Size около2 мм.

Расчет производится с учетом теории пластичности. Для этого необходимо задать кривую растяжения образца (зависимость напряжения - деформации) при различных температурах Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models> Structural> Nonlinear> Multilinear Elastic. Кривые растяжения представлены в справочнике авиационных материалов ВИАМ, который есть в библиотеке кафедры КиПДЛА в электронном виде.

Распределение температуры по диску задается при помощи цикла по параболическому закону в зависимости от расстояния узла конечного элемента от оси Y (т.е. по радиусу диска). Диск нагружается контурным напряжением , вводится угловая скорость вращения вокруг оси Y.

Диск закрепляется в направлении оси Y по фланцам его соединений с соседними деталями.

Рассчитывается эквивалентное напряжение SEQU. Если запас прочности при первом расчете неудовлетворителен, следует повторить расчет, изменив геометрию диска. Для оптимизации диска следует провести исследование влияния геометрических параметров на прочностное состояние диска. Какой-либо параметр модели (например, радиус центрального отверстия) изменяется на +10…20% и – 10…20%, и определяется изменение напряжений в результате этого.

Необходимо также рассчитать запас по разрушающим оборотам. Для этого по шагам увеличивается значение угловой скорости вращения до тех пор, пока результат расчета не станет неопределенным (в этот момент во всех сечениях диска начинается течение материала, что эквивалентно разрушению диска). Отношение этой угловой скорости к максимальной на взлетном режиме и есть запас прочности по разрушающим оборотам.

В пояснительной записке должны быть представлены:

- сечение диска, разбитое на конечные элементы, с указанием мест закрепления;

- распределение эквивалентных напряжений по диску (рис. 7);

- график зависимости напряжений от тех геометрических параметров, по которым проводилось исследование;

- коэффициент запаса по разрушающим оборотам.

На основании сравнения полученных запасов прочности с нормативными, делается заключение о работоспособности, массе и прочностной надежности диска.

Рис. 7. Распределение эквивалентных напряжений в диске