Принципы проектирования и вибродиагностика деталей ГТД на основе математического моделирования объемного напряженно-деформированного состояния тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.05, доктор технических наук Михайлов, Александр Леонидович

• Михайлов, Александр Леонидович
• доктор технических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор технических наук Михайлов, Александр Леонидович

Условные обозначения и сокращения.

Введение.

1. Проектирование лопаток турбомашин на основе современных компьютерных технологий математического моделирования их объемного НДС.

1.1. Вибрационная прочность лопаток турбомашин. Стержневые и оболочковые модели расчета НДС и собственных частот колебаний лопаток.

1.2. Проектирование лопаток турбомашин на основе определения НДС и собственных частот колебаний на трехмерной виртуальной модели МКЭ. Выбор плотности конечно-элементной сетки при модальном анализе лопаток.

1.3. Модальный анализ лопатки компрессора с наборным замком

1.4. Исследование влияния податливости диска на частоты собственных колебаний лопаток в системе типа «блиск». Критерий отстройки собственных частот колебаний лопатки от резонансных режимов при проектировании ГТД.

1.5. Проектирование компрессорных лопаток повышенной эксплуатационной надежности.

1.6. Нормирование допустимых повреждений входной кромки лопатки компрессора на основе математического моделирования объемного НДС.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Принципы проектирования и вибродиагностика деталей ГТД на основе математического моделирования объемного напряженно-деформированного состояния»

Тенденции развития современного газотурбинного двигателе-строения, определяемые требованиями экономичности, характеризуются ростом удельных параметров двигателя, уменьшением массы конструкции, увеличением нагрузок, действующих на узлы и детали. По сравнению с ГТД разработки 90-х годов двигатель нового поколения должен иметь в 1,5.2 раза меньшие удельные вес и объем, на 20.30% меньший расход топлива. При этом должен быть обеспечен качественно новый уровень его эксплуатационных характеристик: увеличенные на 50.60% надежность, ресурс двигателя, пониженная в 2 раза трудоемкость технического обслуживания, что в совокупности обуславливает снижение в 1,5 раза стоимости жизненного цикла. В 70-е годы на создание ГТД уходило 7. 10 лет, в настоящее время для обеспечения конкурентоспособности новый двигатель необходимо создавать за 4.6 лет,*

Наиболее наукоемким, продолжительным и дорогостоящим этапом процесса создания современного ГТД является его доводка по пара- * метрам прочности и ресурсу. Затраты труда, времени и средств по этому этапу по данным зарубежных источников составляют 90% общих затрат на создание двигателя.

Обеспечение принципиально нового уровня показателей надежности, рост ресурсов и темпов создания двигателей требует решения ряда сложных научно-технических проблем, в том числе:

- разработки новых принципов прочностной доводки двигателей, основанных на современных компьютерных технологиях проектирования;

- развития численных методов расчетной оценки прочности основных деталей ГТД, основанных на математическом моделировании их объемного НДС методом конечных элементов;

- создания эффективных способов неразрушающего контроля повреждаемости деталей ГТД.

Обеспечение динамической прочности авиационных двигателей относится к разряду наиболее сложных проблем, возникающих при разработке новых ГТД и их эксплуатации. К основным показателям качества двигателя, характеризующим степень его совершенства, относятся надежность и ресурс. Улучшение этих показателей связано с необходимостью снижения динамической нагруженности узлов двигателя, так как большинство дефектов ГТД вызвано действием переменных нагрузок, резко возрастающих в условиях резонанса, когда частота собственных колебаний детали совпадает с частотой возмущающей силы.

Систематическое наблюдение за вибрационным состоянием элементов двигателя на всех этапах производства, испытаний и эксплуатации позволяет на ранних стадиях выявлять некоторые дефекты и оценивать техническое состояние двигателя (вибрационная диагностика), что способствует повышению его ресурса и надёжности. Таким образом, динамическая прочность газотурбинных двигателей включает большой комплекс проблем, главными из которых являются:

- расчётное и экспериментальное определение собственных частот и форм колебаний лопаток;

- анализ условий возникновения резонансов и мер по их устранению на рабочих режимах работы двигателя;

- разработка неразрушающих методов вибрационной диагностики технического состояния основных деталей двигателя.

Рабочая лопатка является одной из наиболее напряженных и ответственных деталей ГТД. Последствия разрушения лопаток являются очень тяжелыми для двигателя и самолета, вызывая выход из строя моторной установки, возможный пожар и повреждения фюзеляжа. В результате анализа данных ИКАО (международная организация гражданской авиации) по наблюдению за состоянием авиационных ГТД [1,2] установлено, что наиболее частой причиной отказов является неисправность деталей проточной части двигателя. При этом на долю лопаток приходится около 30 % всех отказов. Из них приблизительно 42 % составляют усталостные разрушения и еще 33 % - сочетание малоцикловой усталости и вибрационных напряжений.

Задача исключения резонанса лопатки на максимальном рабочем режиме ГТД является важнейшей для обеспечения надежной работы изделия. Поэтому расчету форм и частот собственных колебаний лопаток ГТД на этапе проектирования всегда уделяется большое внимание. Методам расчета вибрационных характеристик лопаток ГТД посвящены работы видных ученых А. Лява, Г. Кирхгофа, А. Клебша, С.П. Тимошенко, А.И. Лурье, Г.Ю. Джанелидзе, И.А. Биргера, Б.Ф. Шорра, Ю С. Воробьева, А.И. Ушакова, В.А. Рудавца, Ю.М. Темиса.

В литературе описаны различные способы расчета форм и частот собственных колебаний лопаток. Их общим недостатком является то, что результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными значениями только при конкретных конструкциях лопаток в определенных частных случаях.

Обзор публикаций по колебаниям рабочих лопаток и дисков роторов ГТД показывает, что, несмотря на достигнутые успехи, ряд положений требует дальнейшего развития. В настоящее время все еще не существует единой универсальной методики, обеспечивающей надежное решение задачи исследования колебаний разнообразных современных лопаточных колес сложной конструкции. Дальнейшие исследования связаны с рассмотрением более точных математических моделей, позволяющих учесть особенности сложных конструкций современных рабочих колес. Это можно сделать путем анализа объемного НДС соответствующей виртуальной модели исследуемого объекта методом конечных элементов. Настоящая работа посвящена, в частности, расчету колебаний лопаток ГТД с использованием возможностей метода конечных элементов, на основе которого разрабатываются конструкции лопаток компрессоров повышенной эксплуатационной надежности.

Диски турбин и компрессоров являются ответственными деталями современных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД). Состояние этих деталей во многом определяет надежность и безопасность двигателя в целом.

Методам определения напряженного состояния и оценки несущей способности вращающихся дисков посвящены работы многих ученых; И.А. Биргера, Г.С. Васильченко, Л.Б. Гецова, Д.А. Гохфельда, И.В. Демьянушко, Р.С. Кинасошвили, Л.М. Качанова, М.М. Кобрина, Н.Н. Ма-линина, B.C. Манделя, В.П. Рабиновича, Е.Л. Робинсона, Ю.М. Темиса, М. Халлинана, О.Ф. Чернявского и других.

Многие методы основаны на теории предельного равновесия (ги? потезе идеального выравнивания напряжений в момент разрушения и равенстве нормальных напряжений пределу кратковременной прочности материала во всех точках рассматриваемого критического сечения). Другие методы основаны на теориях пластичности, при этом, условием разрушения принимается равенство максимального нормального напряжения в наиболее нагруженной точке диска пределу кратковременной или длительной прочности материала. Однако расчетные методы не всегда могут в полной мере учесть многообразие факторов, влияющих на прочность дисков.

Как показал анализ результатов разгонных испытаний дисков, существующие методы прогнозирования несущей способности не всегда и не в полной мере позволяют оценить работоспособность конструкции с учетом конструктивных и технологических особенностей дисков. Отсутствует надежная методика оценки прочности дисков из новых материалов и дисков, полученных по новым технологиям. Расчетные и экспериментальные запасы являются консервативными и детерминированными величинами, не учитывают рассеяния механических характеристик материала, предельных состояний конструкций и неодинаковые для разных материалов соотношения расчетных и экспериментальных разрушающих частот вращения. Отличие расчетных значений от экспериментальных достигает 20 %.

В то же время требования к повышению надежности авиационных ГТД, тенденция к снижению весовых характеристик приводят к необходимости совершенствования методов расчета, выбора минимальных запасов прочности, создания надежных методик оценки новых материалов, конструкций и технологий.

В современных условиях расчеты на прочность деталей и узлов ГТД все чаще проводятся с применением двух- и трехмерных геометрических моделей методом конечных элементов в программной среде ANSYS. Результатом расчетов является объемное напряженно-деформированное состояние дисков с учетом концентрации напряжений в зонах резкого изменения геометрии и неравномерности действующих нагрузок. Так как действующие нормированные величины запасов прочности ориентированы на напряжения, полученные на одномерных расчетных моделях, нормативные документы нуждаются в дополнении новыми критериями прочности, позволяющими оценить статическую прочность дисков по результатам двух- и трехмерных расчетов, включая зоны концентрации напряжений.

Поэтому разработка новых «деформационных» критериев статической прочности дисков ГТД на основе анализа их объемного НДС МКЭ является актуальной задачей, решение которой позволит проектировать диски ГТД минимальной массы в сжатые сроки.

Данная работа, в частности, посвящена разработке новых методов расчета на прочность, позволяющих более точно рассчитывать значение разрушающей частоты вращения дисков ГТД на основе анализа их объемного НДС МКЭ.

В настоящее время эксплуатация газотурбинных двигателей ведется, как правило, по фиксированным межремонтным ресурсам с обязательным съемом двигателей с эксплуатации и направлением их на ремонтные предприятия для дефектации и ремонта. При переходе на эксплуатацию по техническому состоянию резко возрастает необходимость в соответствующих способах диагностики состояния лопаток ГТД, позволяющих с высокой достоверностью диагностировать как усталостное повреждение лопаток, так и степень повреждаемости материала лопаток турбин от температурно-силового воздействия в процессе эксплуатации.

Большинство существующих методов контроля качества деталей сводится к выявлению дефектов типа нарушения сплошности материала (трещины, расслоения) и определению их количества, геометрии, размеров и т.д.

Однако они не позволяют оценить наличие усталостных трещин на внутренней поверхности полых охлаждаемых лопаток турбины, а также выявить локальные изменения структуры материала, возникающие в местах концентрации напряжений при повторностатическом силовом на-гружении или от термоциклирования при высоких температурах.

Существующие методы контроля «перегрева» материала лопаток турбин являются разрушающими и требуют больших временных и материальных затрат. Кроме того, они не позволяют осуществить стопроцентный контроль и носят субъективный характер.

Это существенно снижает достоверность контроля, заведомо бракованные детали не исключаются своевременно из эксплуатации изделий.

Для обеспечения надежности объектов контроля требуется диагностирование не только наличия усталостных трещин, но и состояния материала изделий, предшествующего появлению дефектов при эксплуатации. Именно поэтому помимо традиционных задач дефектоскопического контроля появилась насущная необходимость в создании новых эффективных методов вибродиагностики, позволяющих решать обе эти задачи.

В данной диссертационной работе, в частности, разрабатывается новый метод вибродиагностики, основанный на использовании эквивалентных масс упругого тела в качестве диагностического признака. Показано, что эквивалентные массы тела являются наиболее информативными модальными параметрами метода вибродиагностики, т.е. с развитием дефекта эквивалентные массы упругого тела, соответствующие определенным его точкам, изменяются значительно быстрее других модальных параметров.

Из сказанного выше следует актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая обусловлена следующими обстоятельствами:

- важностью разработки мероприятий, направленных на повышение надежности и ресурса основных деталей ГТД за счет использования современных компьютерных технологий проектирования;

- необходимостью развития критериев статической прочности дисков ротора ГТД на основе анализа их объемного НДС методом конечных элементов, что позволит создавать диски минимальной массы;

- необходимостью развития методов неразрушающего контроля, в частности, методов вибродиагностики.

Целью настоящей работы является разработка новых более совершенных принципов проектирования, развитие критериев прочности, создание эффективных методов неразрушающей вибродиагностики технического состояния деталей ГТД на основе теоретического и экспериментального исследования закономерностей их объемного НДС МКЭ для решения проблемы повышения надежности и ресурса ГТД.

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач.

1. Разработка и экспериментальная верификация методики обеспечения вибрационной прочности рабочих колес сложной геометрической формы.

2. Разработка конструкции лопатки компрессора повышенной эксплуатационной надежности.

3. Разработка технологии нормирования повреждений входной кромки лопатки компрессора.

4. Развитие критериев статической прочности диска ротора ГТД.

5. Разработка неразрушающего способа вибродиагностики твердых тел.

6. Разработка новых критериев повреждаемости деталей ГТД на основе метода вибродиагностики, использующего их эквивалентные массы в качестве диагностического признака.

Основными методами исследования являются положения CAD/CAE-технологии, реализуемые средствами профессионального программного обеспечения, теория упругости, теория колебаний, метод конечных элементов, тензометрия, голография, методы спектрально-корреляционного анализа.

Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью исходных предположений и гипотез, адекватностью теоретических положений экспериментальным данным, близостью расчетных и экспериментальных данных, полученных при статических и усталостных испытаниях деталей ГТД, а также применением сертифицированного в соответствии со стандартами IS09000 программного обеспечения.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, основанных на математическом моделировании объемного НДС деталей ГТД методом конечных элементов:

1) разработан и научно обоснован метод вибродиагностики возникновения и развития дефектов упругих тел, в котором впервые использованы обобщенные эквивалентные массы тела в качестве диагностического признака;

2) введено новое научное понятие «обобщенная эквивалентная масса» упругого тела с различными параметрами наблюдения и возбуждения;

3) предложена упрощенная математическая модель консольно закрепленного стержня с трещиной, имитируемой упругим элементом в виде плоской пружины, расположенным в месте возникновения трещины;

4) приведена новая целевая функция для вычисления «обобщенных эквивалентных масс» деталей ГТД при их экспериментальном определении с помощью нерезонансного способа, позволяющая определить данные величины в случае, когда статическая податливость исследуемого объекта неизвестна;

5) предложены новые критерии повреждаемости деталей ГТД основанные на изменении значений обобщенных эквивалентных масс в случае возникновения дефектов;

6) разработана компьютерная технология определения обобщенных эквивалентных масс детали, основанная на математическом моделировании процесса возникновения и развития дефекта, путем изменения значения модуля упругости материала в зоне дефекта;

7) предложен принцип проектирования лопатки компрессора повышенной эксплуатационной надежности, заключающийся в разгрузке входной кромки от растягивающих напряжений;

8) разработана методика нормирования допустимых повреждений входной кромки лопатки компрессора, в основе которой лежит численное определение МКЭ теоретического коэффициента концентрации напряжений в месте забоины;

9) предложен уточненный деформационный критерий несущей способности дисков ротора ГТД из никелевых сплавов.

Практическая ценность работы заключается в повышении надежности и ресурса деталей ГТД за счет принятия обоснованных конструктивных решений на этапе проектирования и вибродиагностики повреждаемости деталей в процессе эксплуатации.

Полученные в диссертации результаты и выполненные разработки представляют собой решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Разработаны и внедрены в ОАО «НПО «Сатурн» утвержденные ЦИАМ следующие методики: а) методика проверки вибрационной прочности рабочих колес короткоресурсных ГТД одноразового применения с высокими частотами вращения; б) методика расчета разрушающей частоты вращения дисков ротора ГТД на основе критерия «предельной суммарной деформации».

Спроектирована рабочая лопатка первой ступени компрессора с уменьшенными растягивающими напряжениями на входной кромке, что повысило ее эксплуатационную надежность.

Разработан метод вибродиагностики упругих тел, в частности, лопаток, дисков ГТД, основанный на использовании модального параметра «эквивалентная масса» в качестве диагностического признака. Метод значительно надежнее распознает возникающие дефекты детали по сравнению с методами вибродиагностики, использующими другие модальные параметры в качестве диагностического признака. Кроме того, метод позволяет определять место возникновения дефекта, оценивать повреждаемость детали на стадии, предшествующей возникновению трещины, а также обнаруживать дефекты, расположенные на внутренней поверхности полых деталей. Техническая апробация метода проведена в ОАО «НПО «Сатурн», г. Рыбинск.

Апробация результатов работы. Отдельные результаты работы докладывались на тринадцатой Всесоюзной конференции по аэроупругости турбомашин (Севастополь, 1991 г.); на объединенной международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения в Поволжском районе» и «Проблемы конструкционной прочности двигателей» (Самара, 1999 г., 2001 г.); на международной конференции «Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций» (Киев, 2000 г.); на V, VI, VII международном конгрессе двигателестроителей (Рыбачье - Крым - Украина, 2000г., 2001 г., 2002 г.); на международной научно-практической конференции «Вторые Окуневскиечтения» (Санкт-Петербург, 2000 г.); на международной научной конференции «Двигатели XXI века» (Москва, 2000 г.); на международном Франко-Российском семинаре «Life Management Seminar» (Москва, 2000 г.); на XLVIII научно-технической сессии по проблемам газовых турбин (Рыбинск, 2001 г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы динамики и прочности в газотурбостроении» (Киев, 2001 г.); на I и II Российской конференции «Методы и программное обеспечение расчетов на прочность» (Туапсе, 2001 г., Геленджик, 2002 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии» (Пермь, 2002 г.); на I, II и III конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH (Москва, 2001 г., 2002 г., 2003 г.); на XVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Санкт-Петербург, 2002 г.); на международной научно-технической конференции «Современные проблемы аэрокосмической науки и техники» (Жуковский, 2002 г.). Полностью работа докладывалась на научных семинарах кафедры теоретической механики и сопротивления материалов РГАТА, на научно-техническом семинаре ОАО «НПО «Сатурн», на научно-техническом совете отделения прочности ЦИАМ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 печатных и рукописных работ, в том числе 2 монографии, 42 статьи, 14 тезисов докладов, 2 научно-исследовательских отчета, предложенные конструктивные решения и способы защищены четырьмя авторскими свидетельствами СССР, патентом России и свидетельством на полезную модель, выпущено два руководящих документа.

Структура диссертации. Во введении на основе анализа состояния вопроса по исследуемой проблеме выполнено обоснование темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, описаны объекты и предмет исследования, приведены методологическая и теоретическая основы работы, показаны научная новизна, практическая значимость, апробация результатов исследования, описана структура диссертации.

В первом разделе приведены различные способы расчета вибрационных характеристик лопаток ГТД. Описано явление резонанса на рабочих режимах двигателя. Применен метод конечных элементов, реализованный в пакете прикладных программ ANSYS, для расчета форм и частот собственных колебаний лопаток ГТД сложной геометрической формы с различными граничными условиями. В разделе предложен универсальный подход отстройки от резонанса на максимальном режиме рабочих колес любой сложности, на основе математического моделирования их объемного НДС. МКЭ применен также при проектировании лопатки компрессора с разгруженной от растягивающих напряжений входной кромкой и при нормировании допустимых забоин, возникающих в лопатке при эксплуатации двигателя.

Во втором разделе рассмотрены методы оценки напряженного и предельного состояния дисков, различные подходы к назначению коэффициентов запаса прочности. Показано, что существующие методы расчета разрушающей частоты вращения не учитывают все факторы, влияющие на несущую способность дисков. На основании разгонных испытаний выявлено влияние на разрушающую частоту вращения формы меридионального сечения и наличия концентраторов напряжений в виде отверстий в полотне и в ступице диска. На основании анализа расчетных методов определения разрушающей частоты вращения и результатов разгонных испытаний дисков из никелевых сплавов сформулирована задача исследования и способ ее решения. Предложен деформационный критерий несущей способности дисков ротора ГТД из никелевых сплавов на основе математического моделирования объемного НДС методом конечных элементов.

В третьем разделе рассмотрены методы диагностики повреждений твердых тел. Приведены основные положения теории колебаний, необходимые для изложения собственных исследований автора. Особое внимание уделено эквивалентным массам и динамической податливости упругого тела. На их основе разработан новый способ вибродиагностики, использующий в качестве диагностического признака модальный параметр «обобщенная эквивалентная масса». Применен нерезонансный метод экспериментального определения эквивалентных масс. Выполнена экспериментальная проверка предложенного метода неразрушающей вибродиагностики в лабораторных условиях на стержне, предложена математическая модель стержня с усталостной трещиной и численно на основе предложенных аналитических зависимостей исследованы скорости изменения эквивалентных масс и частот собственных колебаний стержня при возникновении и развитии в нем усталостной трещины.

В четвертом разделе предложены критерии повреждений твердого тела для метода вибродиагностики, использующего эквивалентные массы в качестве диагностического признака. Предложен и обоснован способ оценки эффективности использования данных критериев применительно к конкретной детали. Способ основан на математическом моделировании процесса возникновения и развития дефектов в материале нагруженных деталей средствами системы конечно-элементного анализа ANSYS, а также на численных экспериментах по определению эквивалентных масс детали.

В пятом разделе описаны результаты экспериментальных работ по оценке эффективности применения различных модальных параметров в качестве диагностического признака перегрева лопаток турбин. Выявлено слабое влияние перегрева материала лопатки турбины на ее интетральные вибрационные характеристики: собственные частоты колебаний и коэффициенты демпфирования. Показано, что применение эквивалентных масс лопатки (локальных модальных параметров) значительно эффективнее при диагностике местных перегревов материала лопаток турбины и ободной части диска.

В разделе 6 исследована возможность диагностики усталостного повреждения лопаток ГТД на основе разработанного метода вибродиагностики. Приведены результаты экспериментального определения скорости изменения эквивалентных масс лопатки ГТД при возникновении и развитии в ней усталостной трещины. Описаны экспериментальные установки и методы измерений, которые были использованы при выполнении данной работы: установка для проведения усталостных испытаний с одновременным измерением вибрационных напряжений в пере лопатки и замером виброускорения точки возбуждения лопатки, закрепленной на вибростенде, с последующим определением необходимых значений эквивалентных масс.

В заключении сделаны выводы о перспективах использования критериев и способов, разработанных в диссертации.

Заключение диссертации по теме «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов», Михайлов, Александр Леонидович

6.6. Выводы

Выполненные численные эксперименты продемонстрировали широкие возможности использования обобщенных эквивалентных масс для диагностики дефектов в виде возникновения несплошностей, возникающих в процессе работы в наиболее нагруженных зонах деталей ГТД. Показано, что для каждого конкретного повреждения существует оптимальная комбинация параметров возбуждения и наблюдения, при которой использование соответствующих эквивалентных масс даст наибольший эффект. Поэтому выбору диагностических признаков для конкретного объекта диагностики должен предшествовать численный эксперимент математического моделирования объемного НДС детали с предполагаемым дефектом.

Анализ результатов проведенных расчетно-экспериментальных работ показывает перспективность использования эквивалентных масс в качестве диагностического признака повреждений деталей ГТД усталостными трещинами, что особенно актуально при диагностике трещин на внутренней стороне полых лопаток турбин. Созданная экспериментальная установка и управляющая программа с помощью ЭВМ позволяет определять значения эквивалентных масс в автоматическом режиме, значительно ускоряя процесс необходимых измерений. Использование эквивалентных масс упругих тел в качестве диагностических признаков может служить основой для создания нового класса методов вибродиагностики, позволяющих надежно выявлять не только дефекты исследуемых объектов на ранней стадии их развития, но и места их расположения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения комплекса теоретических и расчетно-экспериментальных исследований, основанных на анализе объемного НДС деталей ГТД, получены научно-обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в процесс проектирования, доводки и эксплуатации газотурбинной техники.

1. Разработан и научно обоснован новый неразрушающий метод вибродиагностики технического состояния деталей ГТД, использующий локальный модальный параметр «обобщенная эквивалентная масса» в качестве диагностического признака, базирующийся на математическом моделировании объемного НДС деталей и обеспечивающий высокую эффективность выявления дефектов по сравнению с известными методами вибродиагностики.

Комплексом проведенных расчетно-экспериментальных исследований установлено, что данный метод вибродиагностики позволяет фиксировать не только возникновение и развитие дефекта, но и установить место его зарождения, оценивать повреждаемость детали на стадии, предшествующей появлению макротрещины, что особенно актуально при эксплуатации газотурбинной техники по «техническому состоянию».

2. Введено новое научное понятие «обобщенная эквивалентная масса» упругого тела с различными параметрами наблюдения и возбуждения, позволившее разработать новый диагностический признак метода вибродиагностики для выявления дефектов различной природы (усталость, повторно-статическое нагружение, перегрев, фреттинг и т.д.).

3. Предложена упрощенная математическая модель консольно закрепленного стержня с трещиной вблизи заделки, позволившая аналитически подтвердить эффективность разработанного способа вибродиагностики.

4. Предложена новая целевая функция нерезонансного метода экспериментального определения «обобщенных эквивалентных масс» деталей ГТД, позволившая на основе результатов измерений широко применяемой серийной виброизмерительной аппаратурой выполнить вычисления «обобщенных эквивалентных масс» при возникновении и развитии усталостной трещины в исследуемой детали.

5. Создана экспериментальная установка, методика и математическое обеспечение по определению обобщенной эквивалентной массы в автоматическом режиме при проведении физического эксперимента по выращиванию усталостной трещины и ее вибродиагностике на лопатке ГТД.

6. Предложена технология оценки эффективности использования эквивалентных масс в качестве диагностического признака при вибродиагностике рассматриваемой детали. Технология учитывает возможности аппаратуры возбуждения и виброизмерения и полностью исключает трудоемкие и дорогостоящие натурные эксперименты по оценке рассматриваемой эффективности.

7. Разработана методика назначения критериев повреждаемости деталей ГТД, основанная на численном определении «обобщенных эквивалентных масс» детали, соответствующих различным формам колебаний, точкам наблюдения, параметрам наблюдения, параметрам возбуждения. Для определения этих величин созданы компьютерные программы.

8. Предложен и исследован «деформационный» критерий несущей способности дисков ротора ГТД, определяющий разрушающую частоту вращения с точностью более 95%, что позволяет проектировать диски минимального веса и применить данный подход при создании ГТД следующего поколения. При этом развиты теоретические основы описания статической прочности дисков и выпущен отраслевой руководящий документ «Методика расчетного определения запаса по разрушающей частоте вращения дисков ротора турбины ГТД с использованием метода предельной суммарной деформации».

9. Предложена на базе широкого обобщения результатов расчет-но-экспериментальных исследований универсальная методика определения вибрационных характеристик рабочих колес сложной геометрической формы, основанная на анализе объемного НДС виртуальных моделей рассматриваемых деталей. Точные расчеты НДС и частот собственных колебаний позволили создать и внедрить отраслевую методику обеспечения вибрационной прочности рабочих лопаток короткоресурс-ных ГТД с высокими частотами вращения ротора без непосредственного их тензометрирования в составе двигателя.

10. Сформулирован принцип проектирования рабочей лопатки компрессора повышенной эксплуатационной надежности путем разгрузки входной кромки от растягивающих напряжений. Конструкция лопатки компрессора с разгруженной кромкой, внедренная в ОАО «НПО «Сатурн», значительно повысила эксплуатационную надежность, сократив количество досрочных съемов ГТД с эксплуатации вследствие забоин входной кромки от попадания посторонних предметов на вход двигателя.

11. Разработана и обоснована методика нормирования допустимых повреждений входной кромки лопатки компрессора, в основе которой лежит точный расчет МКЭ объемного НДС лопатки. Исследование объемного НДС при модальном анализе позволяет вычислить теоретический коэффициент концентрации напряжений в месте повреждения входной кромки лопатки и установить норму на допустимые повреждения, исключив усталостные испытания большого количества лопаток.

Результаты диссертационного исследования являются основой для разработки нового класса способов вибродиагностики твердых тел, использующих модальный параметр «обобщенная эквивалентная масса» в качестве диагностического признака.

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований, полученные новые научные и практические результаты позволили решить важную народно-хозяйственную задачу повышения надежности ГТД, сокращения сроков их проектирования и является необходимым условием при переводе двигателя на эксплуатацию по техническому состоянию и созданию двигателя следующего поколения.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Михайлов, Александр Леонидович, 2003 год

1. Акимов В.М. Основы надежности газотурбинных двигателей. -М.: Машиностроение, 1981. -207 с.

2. Труды ГосНИИГА. М.: 1985. - Вып. 26. - 317 с.

3. Штода А.В., Алещенко С.П., Иванов А.Я. и др. Конструкция авиационных газотурбинных двигателей. М., Воениздат, 1961. -412 с.

4. Хронин Д.В. Теория и расчет колебаний в двигателях летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1970. - 412 с.

5. Надежность и ресурс авиационных газотурбинных двигателей. / Под ред. Свищева Г.П., Биргера И.А. М.: Машиностроение, 1969 -539 с.

6. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. М.: Машиностроение, 1974. - 520 с.

7. Воробьев Ю.С. Влияние некоторых факторов на собственные колебания стержней. // Динамика и прочность машин. Харьков: Вища школа, 1965. - Вып. 1. - С. 53 - 61.

8. Левин А.В. Рабочие лопатки и диски паровых турбин. М.: Гос-энергоиздат, 1953. - 624 с.

9. Тумаркин С.А. Равновесие и колебания закрученных стержней // Тр. ЦАГИ, 1937. Вып. 341.-42 с.

10. Ю.Биргер И.А. Некоторые математические методы решения инженерных задач. М.: Оборонгиз, 1956. - 159 с.

11. И.Биргер И.А. Стержни, пластины, оболочки. М.: Наука, 1992. -392 с.

12. Биргер И.А. Прочность и надежность машиностроительных конструкций. Избранные труды. Уфа: ГМФМЛ, 1998. - 350 с.

13. Воробьев Ю.С., Шорр Б.Ф. Теория закрученных стержней. Киев: Наукова Думка, 1983. - 186 с.

14. Ляв А. Математическая теория упругости. М., Л.: ОНТИ.1935.-674 с.

15. Kirchhoff G. Vorlesungen uber mathematische Physik. Mechanik. -Leipzig, 1877.-466 s.

16. Clebsh A. Theorie der Elastizitat fester Korper. Leipzig, 1862. -424 s.

17. Джанелидзе Г.Ю. Соотношения Кирхгофа для естественно закрученных стержней и их приложения. // Тр. Ленингр. политехи, ин та, 1946.- №1.-С. 23-32.

18. Лурье А.И., Джанелидзе Г.Ю. Задача Сен-Венана для естественно закрученных стержней. //Докл. АН СССР, 1939. Т. 24. - № 1.

19. С. 23 26; № 3. - С. 226 - 228; № 4. - С. 325 - 326.

20. Риз П.М. Деформации естественно закрученных стержней. // Докл. АН СССР, 1939. Т. 23. - № 1. - С. 18 - 21; № 5. - С. 441 - 444.

21. Воробьев Ю.С., Шульженко Н.Г. Исследование колебаний систем элементов турбоагрегатов. Киев: Наукова Думка, 1978. - 135 с.

22. Шорр Б.Ф. Изгибно-крутильные колебания закрученных компрессорных лопаток. // Прочность и динамика авиационных двигателей-М.: Машиностроение, 1964. Вып. 1. - С. 217-246.

23. Гринберг С.М. К расчету частот лопаток компрессора методами теории оболочек. // Сб. "Прочность и динамика авиационных двигателей". М.: Машиностроение , 1969. - Вып. 5. - С. 242 - 255.

24. Методы расчета напряженно деформированного состояния лопаток турбомашин. // Сб. ст. ред. Ушакова А.И. - Тр. ЦИАМ, 1987. -№ 1177.

25. Шорр Б.Ф., Блинник Б.С., Ефремова В.Т., Бацина Л.Н. Оптимальная статическая разгрузка лопаток турбомашин при многорежимной работе. // Сб. "Проблемы прочности и динамики в авиадвигателестрое-нии". Тр. ЦИАМ, 1980. - Вып. 1. - № 887. - С. 10 - 25.

26. Блинник Б.С., Ефремова В.Т., Шорр Б.Ф. Расчет собственных частот связанных колебаний лопаток с бандажными полками. // Сб.

27. Расчеты на прочность". М.: Машиностроение , 1975. - Вып. 16. - С. 240-260.

28. Темис Ю.М., Карабан В.В. Геометрически нелинейная конечно-элементная модель закрученного стержня в задачах статического и динамического расчета лопаток. М.: ФГУП ЦИАМ, №1319, 2001. - 20 с.

29. Бедчер Ф.С. Исследование вибраций компрессорных лопаток // Прочность и динамика авиационных двигателей М.: Машиностроение, 1966.- Вып. 4.-С. 132-143.

30. Меерович И.И. Распределение напряжений в компрессорных лопатках при колебаниях. М.: Оборонгиз, 1961.-107 с.

31. Меерович И.И. Колебания слабо изогнутых и закрученных лопаток. М.: Оборонгиз, 1956. - 54 с.

32. Рудавец В.А., Шорр Б.Ф. Расчет собственных частот и форм пространственных колебаний закрученных компрессорных лопаток. // Сб. Теория оболочек и пластин. М., Наука, 1973. - С. 550 - 555.

33. Рудавец В.А. Расчет частот и форм собственных колебаний лопаток компрессора в поле центробежных сил методами теории оболочек. // Проблемы прочности и динамики в авиадвигателестроении Тр ЦИАМ, 1982. - № 996. - Вып. 2. - С. 141 - 147.

34. Проблемы прочности и динамики в авиадвигателестроении. Вып. 1 4. (Тр. ЦИАМ: 1980. - № 887; 1982. - № 996; 1985. - № 1109; 1989.-№ 1237).

35. Темис Ю.М., Рожков О.С. Оптимизация форм лопаток компрессоров по критерию минимума изгибных напряжений. // Труды XVI Международной конференции по теории оболочек и пластин. Н. Новгород:изд во Нижегородского университета, 1994 - Т.З - С 208 -- 226.

36. Зб.Темис Ю.М., Карабан В.В. Анализ собственных частот и форм колебаний колес компрессора ГТД. // Межвуз. сборник "Прикладные проблемы прочности и пластичности. Численное моделирование физико-механических процессов". М.: ТНИ КМК, 1998. - С. 36 - 46.

37. Ewins D.I. Vibration modes of Mistuned Bladed Disks. // ASME Paper № 75 GT - 14.1975. - 192 p.

38. Карта. Флатерная неустойчивость системы лопатка диск -бандаж в роторах турбореактивных двигателей. // Тр. Амер. о-ва инж. -механ. Сер. А. Энергетические машины и установки. - М., 1967. - № 3. -С. 129-130.

39. Ewins D.I. Vibration Characteristics of Bladed Disks Assemblies. //1, of Mechanical Engineering Science, 1973. № 15. - P 165 - 186.

40. ASKA Pert II Linear Dynamic Analysis Users reference manual. Stuttgart, ISD - Report, 1976. - № 211.

41. Гринченко B.T., Комиссаров Г.Д. О возможности сдвиговой модели Тимошенко при исследовании колебаний толстых плит. //Тр. 10-й Всесоюзной конференции по теории оболочек и пластин. Тбилиси, 1975. - С. 110-118.

42. Кузнецов Н.Д. Проблемы термоциклической прочности деталей ГТД. // Проблемы прочности. 1973. - № 6, - С. 3 - 8.

43. Воробьев Ю.С. К выводу уравнений колебаний вращающегося диска. // Динамика и прочность машин. Харьков, 1974. - Вып. 20. -С. 69-76.

44. Кузнецов Н.Д. Прочность деталей турбины ГТД в условиях сложного нагружения и связанные с ней проблемы. // Проблемы прочности. 1982.-№ 3. - С. 10-14.

45. Фридман Л.И. О расчете колебаний дисков на основе уравнений теории упругости. // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. Куйбышев: КуАИ, 1981.1. Вып. 8.-С. 124-132.

46. Богомолов С.И., Луценко С.С., Назаренко С.А. О применении суперпараметрического оболочечного конечного элемента к расчету лопаток турбомашин. // Проблемы прочности. 1982. - № 6. - С. 71 - 74.

47. Борискин О.Ф. Автоматизированные системы расчета колебаний методом конечных элементов. // Иркутск: Изд во Иркут. ун - та, 1984.- 188с.

48. Левин А.В., Боргиланский К.Н., Консон К. Прочность и вибрация лопаток и дисков паровых турбин.-Л.: Машиностроение, 1981.-710 с.

49. Дондошанский В. К. Динамика и прочность судовых газотурбинных двигателей. -Л.: Судостроение, 1978.-336 с.

50. Armstrong Е. К., Christie P. J., Hague W. Natural Frequencies of Bladed of Shrouded, Bladed Discs Assembles. J. Eng. ins. ASME, 1974. -vol. 96.-p. 1054-1059.

51. Hall R. M., Armstrong E. K. The Vibration Characteristics of an Assembly of Interlock Shrouded Turbine Blades Struc. Dyn. Aspcts Bladed Disks, ASME, 1976.-p. 1-16.

52. Cottney D. I., Ewins D. I. Towards the Efficient Vibration Analysis of Shrouded Bladed Disc Assembles. J. Eng. ins. ASME, 1974. - vol. 96. - p. 1075- 1079.

53. Ewins D. I., Cottney D. I. On Predicting the Natural Frequencies of Shrouded Bladed Discs / ASME Paper 75 DET - 113. - 1975. - 234 p.

54. Machbain J. C., Genin J. Effect of Support Flexibility on the Fundamental Frequency of Vibration Beams. J. of Franklin Institute, 1973. -vol.296.-№4. p. 259-273.

55. Ступина H. H., LUopp Б. Ф. Расчет спектра частот и форм колебаний вращающегося диска с закрученными лопатками, связанными антивибрационными полками. // Проблемы прочности. 1978. - №2. - С. 102-106.

56. Lce-Tzong, Dugundji I. Investigation of the Vibration Characteristics of Shrouded Bladed Discs Rotor Stages. I. Aircraft, 1980. - vol. 17. №7. -p. 479-486.

57. Богомолов С. И., Журавлева А. М. Колебания сложных механических систем. Харьков: Вища школа, 1978. - 136 с.

58. Srinivasan А. V., Lionberger S. R., Braun К. W. Dynamic Analysis of an Assembly of Shrouded Bladed Using Component Model //1. Mech. Des., ASME.- 1978. vol. 100. - №3. - p. 520 - 527.

59. Иванов В. П. Колебания рабочих колес турбомашин. М.: Машиностроение, 1983. -224 с.

60. Биргер И. А., Кемпнер М. Л. Колебания турбинных и компрессорных дисков. // В кн.: Вибрации в технике. Т. 3. «Колебания машин, конструкций и их элементов». М.: Машиностроение, 1980. - С. 265-281.

61. Динамика авиационных газотурбинных двигателей./ Под ред. Биргера И. А., Шорра Б. Ф. М.: Машиностроение, 1981. -232 с.

62. Swanson Analysis System, Inc.

63. Петухов A.H. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993.-240 с.

64. ОСТ 100304-79. Лопатки ГТД. Нормирование повреждений лопаток компрессора от попадания посторонних предметов.

65. ОСТ 100870-77. Лопатки ГТД. Методы испытаний на усталость.

66. ОСТ 00303-79. Лопатки газотурбинных двигателей. Периодические испытания на усталость.

67. ОСТ 02506-84. Лопатки компрессоров авиационных газотурбинных двигателей. Использование лопаток, поврежденных коррозией.

68. ОСТ 02569-85. Двигатели газотурбинные. Методы расчета пределов выносливости деталей.

69. ОСТ 00447-82. Двигатели газотурбинные. Использование поврежденных лопаток компрессора в течение ограниченного ресурса.

70. Обоснование допустимых забоин на рабочих лопатках компрессора изделий «60», «38», «24Р». Техн. отчет ОАО «НПО «Сатурн», 1987.- № 38.45 -87-062.

71. Петерсон Р. Коэффициенты концентрации напряжений. М.: Мир, 1977.-301 с.

72. Кутырев В.В. Исследование несущей способности дисков из никелевых сплавов. Т.о. ЦИАМ, 1991. - №У51733.

73. Жестовский В.В., Кутырев В.В. Развитие критериев прочности деталей ГТД при использовании расчетных моделей высокого уровня. -Т.о. ЦИАМ, 2001. №200-3408. - 36 с.

74. Василенко Г.С., Рабинович В.П. Разгонные испытания аусте-нитных и композитных дисков. Теплоэнергетика, 1957. - №12. - С. 35 -42.

75. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. -М.: Недра, 1996.-208с.

76. Гохфельд Д.А. Несущая способность конструкций в условиях теплосмен. М.: Машиностроение, 1970. - 259 с.

77. Гвоздев А.А. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. М: Стройиздат, 1949. - 137с.

78. Демьянушко И.В. Расчет дисков ГТД. // В кн.: Расчет на прочность авиационных газотурбинных двигателей (Под ред. И.А. Биргера, Н.И. Котерова). М.: Машиностроение, 1984. - С. 97 - 129.

79. Демьянушко И.В. Исследование прочности. Долговечность иоптимальное проектирование дисков авиационных двигателей. Дис. докт. техн. наук. Москва, 1981. -348 с.

80. Демьянушко И.В., Биргер И.А. Расчет на прочность вращающихся дисков. М.: Машиностроение, 1978. - 247 с.

81. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969. -420 с.

82. Кинасошвили Р.С. Расчет на прочность дисков турбомашин. -М.: Оборонгиз, 1954. 144 с.

83. Кобрин М.М., Рабинович В.П. Разрушение моделей вращающихся турбинных дисков. Теплоэнергетика, 1957. - №7. - С. 16-20.

84. Кудряшов Л.Н. Инженерный расчет и профилирование дисков турбомашин по несущей способности. // В кн.: Прочность и устойчивость тонкостенных авиационных конструкций. Труды МАИ, 1971. - Вып. 180.

85. Малинин Н.Н. Прочность турбомашин. М.: Машгиз, 1962. -291 с.

86. Кутырев В.В. О проблемах прочностной надежности дисков ГТД из никелевых сплавов. // Новые технологические процессы и надежность ГТД, 1992.-№1.-С. 18-30.

87. Рязанцева В.Г., Брук Б.В. Прогнозирование разрушающей частоты вращения малоразмерной высокооборотной ступени турбины, изготовленной методом ГИП. // Новые технологические процессы и надежность ГТД, 1989. №1. - С. 53 - 58.

88. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975.-480 с.

89. Суржин B.C., Ермохин Ю.С., Гелета Т.В. Результаты экспериментальных исследований роторов ГТД, проведенных на разгонных стендах. Техн. отчет ЦИАМ, 1973. - №7226.

90. Хоциалов Н.Ф. Запасы прочности. М.: Строительная промышленность, 1929. - №10.

91. Hallinan М. The Design of Rotating Disks to Avoid Burst at Over-speed. GE, R60SE94. August 1960.

92. Robinson E.L. Bursting tests of steam-turbine disk wheels. Trans. ASME, vol. 66, No. 5,1944, p. 373 - 386.

93. Skidmore W.E. Bursting tests of Rotating Disks Typical of Small Gas Turbine Design. Proceedings of the Soc. for Exper. Stress Analysis, vol. 8, No 2,1951, p. 29-48.

94. Holms A.G., Jenkins J.E., Repko A.J. Influence of tensile strength and ductility on strength of rotating disks in presence of material and lubrication defects of several types. NACA, Techn. Note, №2397, 1951.

95. Holms A.G. and Repko A.J. Correlation of tensile strength tensile ductility and notch tensile strength with the strength of rotating disks of several designs in the range of low and intermediate ductility.- NACA, Techn. Note, №2791, Sept. 1952.

96. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988.-711 с.

97. Додонов Б.П., Маслова Г.В. Экспериментальное исследование несущей способности дисков. Техн. отчет ЦИАМ, 1958. - №3880.

98. Кобрин М.М. Прочность вращающихся дисков. Л.: Судпром-гиз, 1963.-340 с.

99. Кутырев В.В. и др. Исследование деформационной и несущей способности дисков турбины, упрочненных методом взрыва. Техн. отчет ЦИАМ, 1987. - №10777.

100. Рабинович В.П., Кабелевский М.Г. Исследованиеконструкционной прочности барабанов центрифуг. Техн. отчет НПО ЦНИИТМаш, 1992.

101. Anderson R.G. How to design high speed rotating parts for maximum "burst - resistance". - Machine Design, 1957, vol. 29, p. 148 -156.

102. Fonda L.B. Tr. ASME, v. 70, №1,1948.

103. Lape E.M., Lubahn J.D. On the Relations Between Various Laboratory Fracture Tests. Trans. ASME, vol. 78, No. 4, 1956, p. 823 -835.

104. Schabtach C., Foqleman E.L., Rankin A.W., Winne D.H. Report of the.Investigation of Two Generator Rotor Fractures. Trans. ASME, Paper No. 55-A-208,1955.

105. Городецкий B.H., Козлов И.А., Ахрименко В.Л. Исследование прочности дисков с эксцентрично расположенными отверстиями. -Пробл. прочности, 1969. №2. - С.ЗЗ - 39.

106. Рабинович В.П. Прочность турбинных дисков. М.: Машиностроение, 1966. -150 с.

107. Алянский Р.И. Исследование несущей способности роторов компрессора. Дис. канд. техн. наук. - Николаев, Машпроект, 1974. -182 с.

108. Городецкий В.Н. Исследование влияния конструктивных факторов на несущую способность элементов роторов турбомашин. Дис. канд. техн. наук. - Киев, ИПП, 1969. -158 с.

109. Кобрин М.М. Разгонные испытания вращающихся дисков с эксцентрично расположенными отверстиями. Теплоэнергетика, 1958. -№5.-С. 21-25.

110. Рабинович В.П. Прочность вращающихся дисков с большими радиальными напряжениями. Энергомашиностроение, 1959. - № 3. -С. 37-42.

111. Козлов И.А. и др. Прочность рабочих колес турбомашин.

112. Киев.: Наукова думка, 1972. 215 с.

113. Мандель B.C., Петров Е.В. Двигатели М70р и Д090. Разгонные испытания дисков ТВД. Николаев, техн. отчет Машпроект, 1982. -№ ОТ 255.102.190-82.

114. Анализ статической прочности свободной турбины изделия 87-10. Рыбинск, техн. отчет РКБМ, 1993. - № 874593. - 293 с.

115. Двигатель ТВ-0-100. Исследование причины разрушения диска ТС двигателя 39-007. Омск, техн. отчет п.я.2285, 1987. -№39.00.0.0130

116. Демьянушко И.В., Кутырев В.В. Исследование моделей и натурных дисков гранульной технологии. // В кн.: Металлургия гранул. -ВИЛС, 1983. Вып.1. - С. 294 - 295.

117. Демьянушко И.В., Суржин B.C., Темис Ю.М. Результаты экспериментальных исследований роторов ГТД, проведенных на разгонных стендах. Техн. отчет ЦИАМ, 1975. - №7575.

118. Демьянушко И.В., Темис Ю.М., Великанова Н.П. Комплексное исследование прочности и долговечности дисков турбины III ст. двигателей НК-8-2У и НК-8-4 в связи с образованием трещин в крепежных отверстиях. Техн. отчет ЦИАМ, 1979. - №8952.

119. Кутырев В.В., Мандель B.C., Петров Е.В., Суржин B.C. Несущая способность дисков из жаропрочного никелевого сплава ЭИ698ВД.// Новые технологические процессы и надежность ГТД, 1991. №2. - С. 3-16.

120. Суржин B.C., Брук В.Г. Результаты испытаний ротора турбины изд. «78». Техн. отчет ЦИАМ, 1970. - №6524.

121. Демьянушко И.В. Результаты испытаний дисков ГТД из сплавов ЭП742 и ЭП741П на разгонных стендах ЦИАМ. // Новые технологические процессы и надежность ГТД, 1978. № 4. - С. 35 - 52.

122. Биргер И.А. Детерминированные и статистические модели усталостного разрушения. Проблемы прочности, 1982. - № 4. - С.24.28.

123. Биргер И.А. Некоторые математические методы решения инженерных задач. М.: Оборонгиз, 1956. - 150 с.

124. Биргер И.А., Балашов Б.Ф., Дульнев Р.А. и др. Конструкционная прочность материалов и деталей газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981. - 222 с.

125. Ржаницын А.Р. Применение статистических методов в расчетах сооружений на прочность и безопасность. Строительная промышленность, 1952. - №6. - С. 57-61.

126. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

127. Стрелецкий Н.С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. М.: Стройиздат, 1947. -187 с.

128. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов механических испытаний. М.: Машиностроение, 1985. -231 с.

129. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. М.: Госстройиздат, 1961. - 202 с.

130. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1965.-464 с.

131. Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов: Учебное пособие. М.: Наука, 1986. - 560 с.

132. Новожилов В.В. О пластическом разрыхлении. // Приклад, математика и механика. 1965. Т. 29. - Вып. 4. - С. 681 - 689.

133. Новожилов В.В., Рыбакина О.Г. Перспективы построения критерия прочности при сложном нагружении. // Изв. АН СССР. Механика тверд, тела. 1966. № 5. - С. 103 - 105.

134. Новожилов В.В., Кадашевич Ю.И., Рыбакина О.Г. Разрыхление и критерий разрушения в условиях ползучести. // Док. АН СССР. 1983. Т. 270. - Вып. 4. - С. 831 - 835.

135. Технический отчет. № 200-2866 ЦИАМ 2000 г.

136. Технический отчет. № 200-2541 ЦИАМ 1999 г.

137. Swanson Analysis System, Inc.

138. ГОСТ 18353 79. Методы неразрушающего контроля. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов. Гос. ком. СССР по стандартам. - Москва, 1979.

139. Беда П.И., Выборное Б.И. и др. Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник. М.: Машиностроение, 1978.-456 с.

140. Неразрушающий контроль металлов и изделий. Справочник / под ред. Самойловича Г.С. М.: Машиностроение, 1976. -456 с.

141. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник / под ред. Клюева В.В. М.: Машиностроение, 1976.

142. Дорофеев А.Л., Казаманов Ю.Н. Электроиндуктивная дефектоскопия. М.: Машиностроение, 1980. - 212 с.

143. Воздвиженский В.М., Жуков А.А., Бастраков В.К. Контроль качества отливок. М.: Машиностроение, 1990. - 240 с.

144. Беда П.И., Глазков Ю.А. и др. Дефектоскопия деталей при эксплуатации авиационной техники. М.: Воениздат, 1970. - 231 с.

145. Лозовский В.Н., Бондал Г.В. и др. Диагностика авиационных двигателей. М.: Машиностроение, 1988. -280 с.

146. Сапунов В.М., Беда П.И. Вихретоковой контроль лопаток турбин газотурбинных двигателей. // Техника и вооружение. 1985. №5. -С.30-31.

147. Неразрушающий контроль: В 5 кн. Кн. 2: Акустические методы контроля: Практ. пособие / И.Н. Ермолов, Н.П. Алёшин, А.И. Потапов; Под ред. В.В. Сухорукова. М.: Высшая школа, 1991. - 283 с.

148. Трешневиков В.А., Дробот Ю.Б. Акустическая, эмиссия. М.: Издательство стандартов, 1976.

149. Алешин Н.П., Белый В.Е. и др. Методы акустического контроля металлов. М.: Машиностроение, 1989. -456 с.

150. Вопилкин А.Х. Дифракционные методы в ультразвуковом неразрушающем контроле. М.: изд. НТО "Приборпром", 1989. - 73 с.

151. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981. 240 с.

152. Гребенников В.В., Лебедев Н.И. Эхо-зеркальный способ ультразвукового контроля с трансформацией упругих волн. // Дефектоскопия, 1979. №10. - С. 73 - 79.

153. Гурвич А.К. Зеркально-теневой метод ультразвуковой дефектоскопии. М.: Машиностроение, 1970. - 36 с.

154. Методы дефектоскопии сварных соединений. / Под общ. ред. В.Г. Щербинского. М.: Машиностроение, 1987. - 334 с.

155. Разыграев Н.П. Опыт использования головных волн для обнаружения трещин в антикоррозионных покрытиях энергомашиностроения. // Дефектоскопия, 1987. №8. - С. 25.

156. Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б. Ультразвуковые методы в физике твердого тела.: Пер. с англ. М.: Мир, 1978. - 544 с.

157. Чабанов В.Е. Лазерный ультразвуковой контроль материалов." Л.: Изд во ЛГУ, 1986. - 323 с.

158. Шерашов А.С., Ермолов И.Н. О возможности повышения точности измерения толщины изделий резонансным методом. // Дефектоскопия, 1976.-№ 1. С. 7-11.

159. Карасев В.А., Максимов В.Г., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1978. -132 с.

160. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.-239 с.

161. Диагностирование состояния роторных машин по изменению параметров вибрации в процессе эксплуатации. Методические рекомендации MP 86 - 83. - М.: Госстандарт, 1983. - 28 с.

162. Карасев В.А., Ройтман А.Б. Доводка эксплуатируемых машин. Вибродиагностические методы. М.: Машиностроение, 1986. - 192 с.

163. Карасев В.А., Ройтман А.Б. Вибродиагностика машин и механизмов. Методы и средства. Сборник научных трудов. - М.: ЦИАМ, 1987.

164. Методы неразрушающих испытаний.: Пер. с англ. / Под ред. Р. Шарпа. М.: Мир, 1972. - 596 с.

165. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир, 1971.-558 с.

166. Заславский Б.В. Краткий курс сопротивления материалов. -М.: Машиностроение, 1986. 328 с.

167. Вибрации в технике: Справочник. М.: Машиностроение,1981.

168. Бойцов Г.В., Палий О.М., Постнов В.А., Чувиковский B.C. Справочник по строительной механике корабля: Динамика и устойчивость корпусных конструкций. Л.: Судостроение, 1982.- Т.З. - 320 с.

169. Генкин М.Д., Тарханов Г.В. Вибрация машиностроительных конструкций. М.: Машиностроение, 1979. - 136 с.

170. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964.-438 с.

171. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980.-408 с.

172. Тимошенко С.П. Теория колебаний в инженерном деле. М. -Л., ГИТТЛ, 1934.-344 с.

173. Расчеты на прочность в машиностроении. / Под ред. С.Д. Пономарева. М.: Машиностроение, 1959.

174. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. -М.: Машиностроение, 1976. 320 с.

175. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. - 472 с.

176. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. М., 1970.

177. Гольдсмит В. Удар. М.: Мир, 1965.

178. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. М.: Наука, 1972.- 470 с.

179. Прочность. Устойчивость. Колебания. / Под ред. И.А. Биргера, Я.Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968.

180. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Изд-во технико-теоретической литературы, 1958. - 628 с.

181. Экспериментальная механика. Книга 2. / Под ред. А. Кобаяси-М.: Мир, 1990.-616 с.

182. Вернигор В.Н. Определение собственных частот и эквивалентных масс упругого тела по его динамической податливости. Вестн. Ле-нингр. ун-та. Сер. 1, 1990. Вып. 4 (N 22). - С. 35-42.

183. Вернигор В.Н. Об исследовании колебаний упругих механических систем на основе их динамической податливости. Вестн. Ленингр. ун-та. Сер. 1, 1991. Вып. 1. - С. 70-76.

184. Вернигор В.Н. О резонансном методе экспериментального определения эквивалентных масс упругого тела. Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Сер. 1, 1993. Вып. 4.

185. Вернигор В.Н. Об экспериментальном определении эквивалентных масс упругого тела. Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Сер. 1, 1993.-Вып. 1.

186. Пат. N 2058022 Россия, МКИ 6 G 01 М 7/02.- Способ определения эквивалентных масс упругой конструкции, соответствующих данной точке возбуждения и точке наблюдения / Вернигор В.Н. // Открытия. Изобретения, 1996. № 10.

187. Вернигор В.Н. Нерезонансный метод экспериментального определения эквивалентных масс упругой системы. Тезисы докладов 3 Всерос. Науч.-технич. Конф. "Методы и средства измерений физических величин". Нижний Новгород, 1998. - Часть 6.

188. Вернигор В.Н., Михайлов А.Л. В 21 век с новыми технологиями проектирования и обеспечения надежности лопаток ГТД. Газотурбинные технологии, 2000. - № 2. - С. 28 - 31.

189. Вернигор В.Н., Михайлов А.Л. Об эффективности метода спектральной вибродиагностики повреждений лопаток ГТД. Сборник докладов Международной научно-технической конференции. Самара, 2001. -4.2.-С. 49-56.

190. Вернигор В.Н., Михайлов А.Л. Способ обнаружения дефектов в материале упругой конструкции. Патент РФ № 2190207 от 27.09.2002 г.

191. Вернигор В.Н., Михайлов А.Л. Модальный анализ механических колебаний упругих систем. Рыбинск, РГАТА, 2001. - 288 с.

192. Драпкин Б.М., Кононенко В.К., Леонов Б.Н. О некоторых физических проблемах упрочнения металлических материалов // Инженерный журнал, 1999. №9. - С. 10 - 14.

193. Драпкин Б.М., Осадчий Н.В. Оценка поврежденности материалов в процессе усталостного нагружения по изменению их упругих и релаксационных характеристик // Новые технологические процессы и надежность ГТД. М.: ЦИАМ, 2001. - С. 159 - 165.

194. Безъязычный В.Ф., Драпкин Б.М., Кононенко В.К., Тимофеев М.В. Металлофизический аспект некоторых видов разрушения деталей и возможности их неразрушающего контроля // Новые технологические процессы и надежность ГТД. М.: ЦИАМ, 2001. - С. 159 - 165.

195. Кузменко М.Л., Михайлов А.Л. Повышение надежности ГТД средствами технической диагностики. М.: ФГУП ЦИАМ, ОАО «НПО «Сатурн», 2002. - 131 с.

196. Михайлов А.Л., Кудрявцев В.Д., Галкин О.В. Особенности расчетной оценки динамических характеристик рабочих колес ГТД. Конверсия в машиностроении, 2000. № 5. - С. 143 - 146.

197. Хориков А.А., Михайлов А.Л. Руководящий документ. Методика проверки вибрационной прочности рабочих колес короткоресурсных ГТД одноразового применения с высокими частотами вращения. Труды ЦИАМ, 2000. Инв. № 2000 - 4945. - С. 1 - 4.

198. УТВЕРЖДАЮ" НА^ЛЫЙЯС ЦИАМ V/ В.СКИБИН 61. 2000г.

199. НАЧАЛЬНИК ПЗ 104 УА/7"^ г. НЕСТЕРОВ 2000Г.1. Инв. № 200 -4S№

200. МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ВИБРАЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ РАБОЧИХ КОЛЕС КОРОТКОРЕСУРСНЫХ ГТД ОДНОРАЗОВОГО ПРИМЕНЕНИЯ С ВЫСОКИМИ ЧАСТОТАМИ ВРАЩЕНИЯ.1. ЦИАМ 2000 г.1. Цель испытаний

201. Оценка вибропрочности рабочих колес без прямого тензометрированияв составе двигателя;

202. Проверка вибропрочности рабочих колес резонансными испытаниями всоставе двигателя.2.0бъект испытаний

203. Режимы испытаний выбираются на основании:

204. Экспериментального определения частот и форм колебаний на лабораторных стендах, аттестованных в соответствии с действующей документацией.

205. Спектрально-корреляционного анализа пульсаций потока вблизи исследуемых ступеней компрессора.

206. Требования к двигателю, стенду и измерительным системам.

207. При отсутствии такой возможности автоматика должна обеспечить установление (регулировку) частоты вращения по нижнему и верхнему пределу допуска на частоту вращения на номинальном и максимальном режиме работы.

208. Обработка результатов и отчетность

209. По результатам испытаний отдел прочности выпускает технический отчет, включающий:особенности сборки;данные о вибрационных характеристиках испытуемых деталей; режимы испытаний, анализ пульсаций потока; материалы дефектации двигателя после испытаний.

210. Критерии оценки результатов расчетного анализа и испытаний

211. Методики проверки вибрационной прочности рабочих колес короткоресурсных ГТД одноразового применения с высокими частотами вращения», инв. № 200 4945 от 25. 02.2000 Г.

212. Данная методика после проведенного апробирования при испытаниях на изделии 64 в 2000 г. признана годной и с 20. 03. 2000 г. внедрена в службе Главного конструктора по малоразмерным ГТД ОАО «Рыбинские моторы».

213. Она позволила путем расчетного анализа методом конечных элементов реализованного в программном пакете ANSYS, оценивать вибрационную прочность рабочих колес ГТД без их прямого тензометрирования в составе двигателя.

214. Подобный подход позволил исключить такие трудоемкие операции как препарация деталей ротора, постановка токосъемника, обработка результатов испытаний.

215. Экономический эффект от внедрения данной методики составляет *> 600000 рублей в год.• ——-т Dypuo П.2001 г.1. Начальник КО «Прочность»

216. Ьм /> л--- Кудрявцев В. Д.24 » V OU 2001 г.opwo М. Л. 2001 г.1. Акт внедрения .рабочей лопатки компрессора изделий ТВД -1500 и РД 600. чертеж № 870100501 - р. л. 1 - ой ступени, вместо 870100701

217. Данное предложение после проведенного испытания на изделиях ТВД 1500 и РД - 600 признано годным и в 1999 г. внедрено в отделе компрессоров ОКБ - 1 ОАО «Рыбинские моторы».

218. Внедрение лопаток компрессора с разгруженной входной кромкой позволило вести эксплуатацию двигателей с размером забоины на входной кромке 0,6 мм вместо 0,1 мм допускаемых ранее.

219. Предложенная конструкция рабочей лопатки повысила эксплуатационную надежность компрессора и приносит экономический эффект 50000 рублей в год.1. H. А.1. JX » 6й/ 2001 г.1. КПрочность»1. Кудрявцев В. Д.1. Vi » О Ц 2001 г.1. Согласовано:

220. Начальник отдела ЦИАМ Главный конструктор

221. U^bti* Б.С. Блинник началы^ГТиР ^ ^ л . ?г А.Л. Михайлов . jf, 2002г.1. Начальник сектора ЦИАМ1. S-- В. В. Жестовский1. Г+Ли* 2002 г.о 0га fe 4 5 л о S с с •>У