6.77M

п1 лопатка компрессора ANSYS

2.

Исходные данные
• Частота вращения 10200 об/мин
• Температура на входе 200оС
• Температура на выходе 250оС
• Материал лопатки: титановый сплав (ВТ6,
ВТ8)
• Распределение давлений представлено
далее

3.

Исходные данные
Распределение давлений
по корытцу лопатки
Распределение давлений
по спинке лопатки
Рис. 1. Примерное распределение статических давлений по спинке и корыту
лопатки

Обработка диаграммы деформирования
l0,2 l0 0,002 40 0,002 0,08 мм 1,06 ммг
6
0,0753
79,67
40000
Н
kF
795, 4
50, 29
мм
F0,2 53,59 795, 4 42625 Н
kl
0,2
F0,2
A0
42625
849 МПа
50, 2
d 02 3,14 82
A0
50, 2 мм 2
4
4
F l0
40000 40
E
138,8 ГПа
A0 l 50, 2 3,05 0,0753

6.

Зависимость свойств материала от температуры

7.

Зависимость свойств материала от температуры
до обработки
оС
T
кгс/мм2
E
mu
20
12500
300 10548,48
350
10200
400
10100
*10^6
кгс/мм2 кгс/мм2 кгс/мм2 1/оС
G
sigma02 sigmav
alpha
0,32 4734,848
105
115
8,4
0,32 3995,638
75
87
9,8
0,32 3863,636
72
86
9,95
0,32 3825,758
60
82
10,1
после обработки
оС
T
ГПа
E
20
300
350
400
ro
ГПа
G
mu
122,6
103,5
100,1
99,1
4430 кг/м3
0,32
0,32
0,32
0,32
*10^6
МПа
МПа
1/оС
sigma02 sigmav
alpha
46,4
1030
1128
8,4
39,2
736
853
9,8
37,9
706
844
9,95
37,5
589
804
10,1

8.

Задание свойств материала
Начинаем с модуля
Engineering Data

9.

Задание свойств материала
В качестве основы берем
имеющийся в библиотеке
титановый сплав

10.

Задание свойств материала
Создаем копию
добавленного материала с
помощью опции Duplicate

11.

Задание свойств материала
Корректируем плотность, задаем
зависимость свойств КЛТР от температуры

12.

Задание свойств материала
Задаем зависимость модуля упругости от
температуры

13.

Работа с моделью
Импортируем геометрию

14.

Работа с моделью
Подавляем ненужную в данной задаче
геометрию диска, оставляем лишь лопатку

15.

Работа с моделью
Переходим к созданию сетки

16.

Работа с моделью
Получена нормальная сетка со
следующими параметрами:
method – hex dominant
resolution = 7

17.

Работа с моделью
Переходим в модуль Steady-state thermal

18.

Работа с моделью
Назначаем нужный материал

19.

Работа с моделью
Указываем температуры на входе и выходе
из рабочего колеса

20.

Работа с моделью
Получаем результат решения
температурной задачи

21.

Работа с моделью
Переходим в модуль Static Structural

22.

Линейно-упругая постановка
задачи

23.

Работа с моделью
Задаем следующие граничные условия:
Угловая скорость 10200 об/мин
Жесткое закрепление по контактным поверхностям хвостовика
Линейное распределение давлений по поверхностям корытца и спинки
лопатки

24.

Работа с моделью
При прикладывании давлений на основе анализа имеющегося графика
давлений делаем следующие допущения:
Давления распределены линейно
Давления задаем в виде функции p=x*a-b+c

25.

Работа с моделью
Рекомендации по определению коэффициентов a,b и с:
1. Сначала задать функцию давления как p=x*1, записать минимальное и
максимальное давление по полученному распределению pmin_1 и pmax_1
соответственно;
2. по исходному графику распределения давлений определить, какие значения
давления требуются: pmin_need и pmax_need
3. Рассчитать коэффициент a:
p
a
p
max, need
max,1
pmin,need
pmin,1
4. Теперь задать функцию давления в виде p=x*a, записать минимальное давление
по полученному распределению pmin_а, это и будет коэффициент b:
b pmin,a
5. Коэффициент с равен минимальному требуемому давлению pmin_need:
c pmin,need

26.

27.

Анализ результатов
Полученное решение по деформациям

28.

Анализ результатов
Полученное решение по эквивалентным напряжениям

29.

Анализ результатов
Для анализа прочности нельзя напрямую воспользоваться инструментом Stress Tool,
т.к., к сожалению, он не учитывает изменения прочностных свойств в зависимости от
температуры.
В связи с этим сначала надо построить графики изменения предела текучести и
предела прочности от температуры в MS Excel.
Далее аппроксимируем зависимости средствами MS Excel, добавляя линии тренда и
подбирая наиболее подходящие зависимости. В данном случае использованы
полиномиальные линии тренда со степенью 2.
Изменение прочностных свойств ВТ6 от температуры
1200
y = 0,0012x2 - 1,3317x + 1154
R² = 0,9968
Напряжения, МПа
1000
800
y = -0,0014x2 - 0,5533x + 1041
R² = 0,9895
600
предел текучести
предел прочности
Полиномиальная (предел текучести)
400
Полиномиальная (предел прочности)
200
0
0
100
200
300
Температура, оС
400
500

30.

Анализ результатов
Далее добавляем User Defined Result, чтобы получить результаты
температурного распределения в виде некоей переменной
Задаем следующие параметры:
Expression = bfe
Output Unit – Temperature
Identifier – t1

31.

Анализ результатов
Добавляем еще один User Defined
Result, чтобы получить
зависимость условного предела
текучести от температуры
Задаем следующие параметры:
Expression - то выражение,
которое мы получили в результате
аппроксимации
Output Unit – Stress
Identifier – sigma02

32.

Анализ результатов
Добавляем еще один User Defined
Result, чтобы получить
зависимость предела прочности
от температуры
Задаем следующие параметры:
Expression - то выражение,
которое мы получили в результате
аппроксимации
Output Unit – Stress
Identifier – sigmav