Комплексна оцінка міцності композиційної лопатки вентилятора головного провітрювання шахти

Анотація

Робота присвячена розробці та розрахункам міцності нового композиційного пера лопатки вентилятора головного провітрювання шахти, з поміж яких статичний та модальний аналізи, а також аналіз стійкості. При проведенні досліджень враховувались попередньо визначені аеродинамічні навантаження на бічну поверхню пера лопатки. Дослідження проводились за допомогою скінченно-елементного аналізу тонкостінної конструкції пера із застосуванням теорії товстих багатошарових оболонок. Оцінка статичної міцності виконувалась із застосуванням критерію міцності Хашина. Аналіз стійкості оболонки пера під дією згинних аеродинамічних навантажень проводився за допомогою методів лінійної теорії стійкості. Модальний аналіз виконувався із врахуванням переднапруженого стану від дії статичних навантажень. Аналіз результатів досліджень свідчить про достатню статичну та динамічну міцність композиційного пера та можливість його реалізації в реальній роторній машині при коректному проектуванні кріплення між металевою частиною хвоста лопатки та композиційним пером. Методика проектування та аналізу міцності композиційного пера лопатки вентилятора може бути застосована при створенні нових композиційних елементів турбомашин: коректний підбір товщин різних частин пера дозволяє прийти до равноміцної конструкції із раціональним використанням матеріалу; оптимальне розташування ребер жорсткості всередині оболонки пера дозволяє уникнути надмірних переміщень та напружень в ній і втрати нею стійкості, а також досягти максимальної відбудови від згинних власних частот коливань; запропонований комплексний підхід до оцінки міцності, що враховує дію аеродинамічних навантажень на перо лопатки при статичному аналізі та переднапружений стан при проведенні модального аналізу дозволяє значно підвищити точність та коректність розрахунків. Описаний в роботі підхід є новим для низькообертових роторних машин, оскільки на даний момент не існує комплексних методик до проектування композиційних лопаток вентиляторів та компресорів, а також відсутні згадування про конкретні приклади їхнього впровадження в реалізовані виробниками проекти.