МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНОЇ ПОВЕДІНКИ, ВИЗНАЧЕННЯ МІЦНОСТІ ТА ОЦІНКИ КОНСТРУКЦІЙНОЇ СТІЙКОСТІ КОМПОЗИЦІЙНИХ ЛОПАТОК РОТОРНИХ МАШИН

Анотація

Робота розглядає методи кріплення та аналізу композиційних лопаток роторних машин, а саме варіанти з’єднання металевих та композиційних частин, підходи до створення розрахункової моделі та моделювання статичної і динамічної механічної поведінки композиційних лопаток та способи визначення їхньої міцності за різними критеріями з урахуванням особливостей з’єднань. З цією метою проведений детальний огляд наявних в літературі застосувань композиційних лопаток в роторних машинах різного призначення, а також наведені варіанти поєднання композиційних та металевих частин для визначення найбільш оптимального підходу до створення міцної лопатки, що складається з таких частин. Спосіб побудови розрахункової моделі включає в себе особливості кріплення, проілюстровані на прикладі композиційної лопатки ротора, яка містить сталевий хвостовик та композиційний аеродинамічний профіль із шарами різної товщини та ребрами жорсткості, що з’єднують дві бокові поверхні профілю та проходять вздовж радіального напрямку ротора від кореневого до периферійного перерізів профілю лопатки для забезпечення його міцності та конструкційної стійкості. Аналіз міцності композиційної лопатки виконується на основі критеріїв, спеціально розроблених для композиційних матеріалів, зокрема критерію Хашина. Конструкційну стійкість композиційного профілю лопатки запропоновано аналізувати під дією аеродинамічного тиску потоку для визначення його критичного значення, при якому може статись втрата стійкості за визначеними формами. Динамічні характеристики профілю знаходяться у вигляді власних частот та власних форм коливань з урахуванням переднапруженого стану від відцентрових сил та аеродинамічного тиску потоку. Ідентифікацію властивостей композиційного матеріалу аеродинамічного профілю лопатки пропонується проводити за допомогою чисельних експериментів та натурних експериментальних досліджень, а адекватність моделювання його механічної поведінки та міцності може бути перевірена на основі розглянутого у роботі стенду.