Анотація до роботи:

Тишковець 0. В. Скінченноелементний аналіз коливань пакетів лопаток турбомашин на основі тривимірних моделей. - 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, м. Харків, 2003.

Дисертаційна робота присвячена розробці методів математичного моделювання та розрахунку, а також аналізу власних і вимушених коливань та дослідженню розподілення зон локалізації динамічних напружень пакетів лопаток, об`єднаних суцільнофрезерованим поличковим бандажем. Моделювання об`єктів проводилось на основі тривимірного підходу метода скінчених елементів. Використання високоефективних скінченноелементних алгоритмів в сукупності з прийомами аналізу систем, що містять ідентичні елементи, дозволило підвищити продуктивність чисельних розрахунків. Виявлені якісні залежності впливу конструкційних особливостей пакетів на власні частоти коливань. Здобули подальшого розвитку математичні моделі пакетів лопаток, що дозволяє ураховувати можливість проковзування поверхонь контакту бандажних полиць. Досліджено розподілення та визначені зони локалізації тривимірних полів інтенсивностей напружень пакетів лопаток з різними умовами контакту по граням бандажних полиць. Достовірність та обґрунтованість одержаних результатів забезпечуються позгоджуваністю їх з відомими теоретичними та експериментальними даними, рішенням серії тестових задач, збіжністю методів та позитивним
досвідом використання практичних рекомендацій. Запропоновані методики можна рекомендувати до застосування в конструкторських бюро підприємств при проектуванні лопаткового апарату з бандажем та його віброаналізі.

Ключові слова: турбіна, пакет лопаток, поличковий бандаж, контакт полиць, структура матриць, власна частота коливань, власна форма коливань, локалізація напружень, модальний аналіз.

В дисертаційній роботі запропоновані нові підходи до моделювання коливань лопаткового апарата з бандажними полицями. На основі розроблених підходів проаналізовано залежність спектра власних частот коливання пакетів від їх конструкційних особливостей та умов контакту полиць.

Основні результати роботи:

1. На основі аналізу огляду літератури з питань числового моделювання та дослідження особливостей коливань пакетів лопаток із бандажними полицями виявлені основні напрямки сучасних досліджень за даним питанням та сформульовані задачі роботи.

2. Уперше розроблено метод модального аналізу власних коливань пакетів лопаток на основі динамічних характеристик окремої лопатки та метод числового розв`язання задачі про власні коливання лопаткового апарата, який використовує специфічну структури матриць мас та жорсткості для систем з елементами, що повторюються.

3. Досліджено якісні залежності впливу конструкційних особливостей пакетів на власні частоти коливань, що створює базу для аналізу коливань складних конструкцій.

4. Здобули подальшого розвитку математичні моделі пакетів лопаток, що дозволяє ураховувати можливість проковзування поверхонь контакту бандажних полиць. Виявлено особливості коливань пакетів з розрізним бандажем. Визначено та досліджено розподілення зон локалізації тривимірних полів напружень в пакетах лопаток з різними умовами контакту по гранях бандажних полиць.

5. Проведено порівняння вібраційних характеристик реального лопаткового апарату з одиничних лопаток без бандажу та з секторів парних лопаток, що об`єднані бандажною полицею. Проаналізовано розподілення та рівні вібраційних напружень при вимушених коливаннях із складним законом збудження. Надано практичні рекомендацій щодо заходів по зниженню значень максимальних напружень та вибору конструкції лопаткового апарата для роботи в наданих умовах.

6. Достовірність розроблених математичних моделей та запропонованих методів підтверджено серією тестових розрахунків для спрощених моделей, зіставленням одержаних результатів з результатами експериментів та даними, наведеними в літературі.

7. Одержані в роботі результати використані при виконанні держбюджетних тем та договорів про міжнародне співробітництво з ІПМ Польської академії наук. Теоретичні розробки, числові дані та практичні рекомендації застосовані при проектуванні лопаткового апарата турбокомпресорів в СКБ «Турбонагнітачів» (м. Пенза, Росія), що підтверджується актом про впровадження. Проведена серія розрахунків моделей пакетів наближених до реальних конструкцій, які використовуються у лопаткових апаратах вітчизняних турбомашин (ЗМКБ “Прогрес”, ВАТ “Турбоатом”). Розроблені методики можна рекомендувати до використання в конструкторських бюро підприємств при проектуванні лопаткового апарата з бандажем та його віброаналізі.

Публікації автора:

1. Воробьев Ю.С., Канило С.П., Байкова Е.В. Использование метода модальных моделей при расчете колебаний пакетов лопаток турбомашин // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Сборник научных трудов. Выпуск 100: Машиностроение – Харьков, ХГПУ, 2000. – С. 22-25.

2. Воробьев Ю.С., Канило С.П., Байкова Е.В. Влияние жесткости межлопаточных связей на колебания пакетов лопаток // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Сборник научных трудов. ИПМаш им.А.Н.Подгорного НАН Украины, – Харьков, 2000. – С. 19-21.

3. Воробьев Ю.С., Янецки С., Тишковец Е.В., Канило С.П. Особенности моделирования колебаний пакетов турбинных лопаток с полочными связями // Авiацiйно-космiчна технiка i технологія: Зб. наук. праць. – Харків: Нац. Аерокосмічний ун-т «Харк. авiац. iн-т», – Вип.26. Двигуни та енергоустановки. – Харків, 2001 – С.157-160.

4. Воробьев Ю.С., Янецки С., Тишковец Е.В., Канило С.П. Анализ колебаний турбинного лопаточного аппарата со связями на основе трехмерных моделей // Вибрации в технике и технологиях. Винницкий государственный аграрный университет. – №4(20). 2001. – С.19-23.

5. Воробьев Ю.С., Тишковец Е.В., Стороженко М.А. Влияние изменения параметров связи на колебания пакета лопаток // Вестник национального технического университета «ХПИ». Сборник научных трудов. Тематический выпуск «Динамика и прочность машин». – № 9 2002, т.8.– С.34-38.

6. Воробьев Ю.С., Потанин В.А., Касьянов В.А., Тишковец Е.В. Анализ колебаний парных лопаток турбокомпрессоров с полочной связью // Авiацiйно-космiчна техніка i технологія: Зб. наук. праць. – Харків: Нац. Аерокосмічний ун-т «Харк. авiац. iн-т» Вип.31 Двигуни та енергоустановки. – Харків, 2002. – С.75-77.

7. Воробьев Ю.С., Янецки С., Тишковец Е.В., Стороженко М.А. Колебания венцов турбинных лопаток с полочным бандажом // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Вип. 10 “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин. Фізичні та комп`ютерні технології”. Харків 2002. – С.265-270.

8. Воробьев Ю.С., Потанин В.А., Касьянов В.А., Тишковец Е.В. Анализ вынужденных колебаний лопаточного аппарата турбины турбокомпрессора // Механіка та машинобудування. – №1 2003, т.1 – С.73-78.

9. Воробьев Ю.С., Канило С.П., Байкова Е.В. Тезисы доклада «Влияние жесткости межлопаточных связей на колебания пакетов лопаток» // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Тезисы докладов Международной НТ конф., г.Харьков, ИПМаш им.А.Н.Подгорного НАН Украины 18-22 сентября 2000. – С.177.

10. Воробьев Ю.С., Янецки С., Тишковец Е.В. Тезисы доклада «Анализ колебаний турбинного лопаточного аппарата со связями на основе трехмерных моделей» // Проблемы динамики и прочности в газотурбостроении: тезисы докладов Международной НТ конф., г.Киев, Украина, 9-11 октября 2001. – С.19-20.