Асайонок Олександр Вікторович. Аналіз напружено-деформованого стану та власних коливань вузлів турбін на основі МСЕ

brief description

Асайонок Олександр Вікторович. Аналіз напружено-деформованого стану та власних коливань вузлів турбін на основі МСЕ : Дис... канд. наук: 05.02.09 2007

Асайонок О.В. Аналіз напружено-деформованого стану та власних коливань вузлів турбін на основі МСЕ. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 динаміка та міцність машин. Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Харків, 2007.
Проведено дослідження тривимірного НДС та власних коливань вузлів гідравлічних і парових турбін з урахуванням контакту елементів та наявності тріщин. Задача розв’язується багатосітковим методом скінченних елементів. Для поліпшення збіжності методу запропоновано модифікацію його операторів пряму побудову проміжної скінченноелементної моделі і чисельну побудова оператора конденсації. Розвинуто метод урахування недосконалостей структури у вигляді тріщин для динамічних задач. Проведено тестування запропонованих методик. Створено спеціалізований програмний комплекс з розвинутим вхідним і вихідним інтерфейсами. Досліджено вплив різних конструктивних і технологічних факторів на НДС та власні коливання вузлів гідравлічних і парових турбін. Уперше досліджено вплив контактного обпирання і появи тріщин в лопатковому апараті на НДС діафрагми парової турбіни; проведено дослідження впливу довжини і глибини тріщини в лопаті робочого колеса радіально-осьової гідротурбіни на власні коливання; досліджено вплив системи тріщин різної орієнтації і довжин в лопаті поворотно-лопатевої гідротурбіни на її власні коливання.

У дисертаційній роботі запропоновано нові підходи до ефективного тривимірного моделювання НДС і власних коливань енергомашинобудівних конструкцій з урахуванням контактування елементів тіл і наявності тріщин. На основі розробленого математичного й програмного забезпечення досліджено особливості НДС і власних коливань вузлів гідро- і парових турбін.
1. На основі багатосіткового МСЕ для конструкцій, що містять оболонкові елементи, запропоновано нову схему побудови розрахункової моделі на більш грубій сітці, що грунтується на прямій побудові скінченноелементної моделі й чисельній побудові оператора конденсації (замість спряжного до нього оператора інтерполяції), що значно поліпшило збіжність ітераційного процесу багатосіткового методу і привело до підвищення ефективності його застосування.
2. Розвинено метод моделювання тріщин у схемі МСЕ, що грунтується на трансформації скінченноелементної сітки і на формалізованих процедурах виродження скінченних елементів з утворенням поверхні тріщини з подвійними вузлами. Його ефективність полягає в можливості введення тріщини довільної форми після формування скінченноелементної моделі системи без тріщини.
3. Розроблено програмний комплекс для розрахунку НДС і власних коливань довільних конструкцій, що має розвинений вхідний і вихідний інтерфейси. Для ряду складних вузлів енергомашин розроблена спеціалізована система формування розрахункових моделей, які грунтуються на параметризації, що значно спрощує підготовку вихідних даних і підвищує надійність їхнього формування.
4. Уперше в тривимірній постановці з урахуванням основних геометричних особливостей проведено дослідження впливу урахування контактного обпирання й появи тріщин у лопатковому апараті на НДС діафрагми парової турбіни.
5. Проведено дослідження повноти збірної моделі лопаті поворотно-лопатевої гідротурбіни й аналіз впливу системи тріщин різної орієнтації в лопаті на частотний спектр і форми власних коливань.
6. Вирішено задачу визначення НДС робочого колеса радіально-осьової гідротурбіни в тривимірній постановці й уперше проведено дослідження впливу довжини тріщини в лопаті робочого колеса на частотний спектр і форми власних коливань.
7. Вірогідність розробленого методичного й програмного забезпечення підтверджується збіжністю розв’зків і обчислювальних процедур, добрим узгодженням з даними тестових розрахунків, а також з результатами, отриманими за іншими методиками, і з даними експериментів.
8. Розроблений програмний комплекс, спосіб побудови моделей ряду вузлів енергомашин, результати чисельних досліджень і рекомендації з поліпшення міцнісних і вібраційних показників конструкцій гідротурбін використані у ВАТ Турбоатом”.