Расчетно-экспериментальная оценка статической прочности лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.04, кандидат наук Шипунов, Глеб Сергеевич

• Шипунов, Глеб Сергеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Шипунов, Глеб Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГАЗОТУРБИННОГО АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

1.1 Применение полимерных композиционных материалов в лопатках современных газотурбинных авиационных двигателей

1.2 Сравнительная оценка механических свойств полимерных композиционных материалов для создания лопатки спрямляющего

аппарата

Выводы по главе

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАСЧЕТА НДС И ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ЛОПАТКИ СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГАЗОТУПБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗКАХ

2.1 Математическая постановка задачи расчета напряженно-деформированного состояния и оценки прочности лопатки спрямляющего аппарата газотурбинного двигателя при эксплуатационных нагрузках

2.2 Компьютерная модель лопатки спрямляющего аппарата газотурбинного авиационного двигателя

2.3 Анализ напряженно-деформированного состояния прототипа лопатки спрямляющего аппарата из алюминия при воздействии эксплуатационных

нагрузок

Выводы по главе

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СХЕМЫ АРМИРОВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ЛОПАТКИ СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Анализ влияния схемы армирования и материала на прочность и жесткость конструкции лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов

3.2 Выбор рациональной схемы армирования и материала по результатам моделирования лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов

3.3 Анализ межслойных нормальных и касательных напряжений в переходной зоне лопатки спрямляющего аппарата из полимерных

композиционных материалов в уточненной постановке задачи

Выводы по главе

4. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛОПАТКИ СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1 Методика расчетно-экспериментального подтверждения механических свойств лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов при квазистатическом нагружении

4.2 Численное моделирование испытаний лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов при квазистатическом нагружении

4.3 Расчетно-экспериментальные исследования собственных частот и форм колебаний лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных

материалов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Расчетно-экспериментальная оценка статической прочности лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время одной из мировых тенденций при разработке авиационных двигателей является замена металлических сплавов на композиционные материалы. Это позволяет добиться значительного снижения веса изделий и повышения их эксплуатационных характеристик. Во всех современных зарубежных авиационных двигателях значительное количество деталей и узлов изготавливается из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Это узлы звукопоглощающего контура, силовые оболочки мотогондолы, сопла и узлы реверса, а так же элементы вентилятора, включая обшивку, лопатку вентилятора и лопатку спрямляющего аппарата.

В перспективных российских двигателях так же предусматривается применение различных изделий из ПКМ в первую очередь корпусных деталей звукопоглощающего контура, вентилятора и мотогондолы. Однако для дальнейшего совершенствования массы двигателя необходимо переходить к использованию композиционных материалов в более сложных и нагруженных деталях, таких как лопатка спрямляющего аппарата.

Создание лопатки спрямляющего аппарата (ЛСА) из ПКМ является комплексной научно-технической проблемой, решение которой невозможно без решения целого ряда задач механики деформируемого твердого тела (МДТТ).

Существует достаточно большое количество работ посвященных расчету различных композитных конструкций, известны работы Н.А. Алфутова, В. В. Болотина, В.А. Бунакова, В.В. Васильева, Г.А. Ванина, П.А. Зиновьева, Л.М. Качанова, С.Г. Лехницкого, Б.Е. Победри, А.Н. Полилова, Б.Г. Попова, В.П. Трошина, Р.Б. Рикардса, А.М. Скудры, Ю.В. Соколкина,

B.П. Тамужа, Ю.М. Тарнопольского, зарубежных исследователей Г. Чея, Ч.Д. Бэбкока, В. Боттего, У. Йина, Р.К. Кананья, Д.Э. Кардоматиса, Г. Симитсеса,

C. Салама и др. [1-3, 9-16, 22, 32, 39, 40, 43, 52, 57, 61, 62, 65-68, 90, 91, 96,

102, 103, 124, 134, 136, 139, 150, 151, 153]. В последнее время при

4

проведении таких расчетов широко используется метод конечных элементов (МКЭ) и, в частности, программные пакеты типа ANSYS и ABACUS, это отражено в работах А.Н. Аношкина, В.П. Матвеенко, И.П. Мирошниченко, В.М. Пестренина, С.Б. Сапожникова, О.Ю. Сметанникова, Н.А. Труфанова, И.Н. Шардакова и др.[4-6, 20, 45, 58, 60, 69, 70, 74, 75, 77].

Расчет композитных конструкций осуществляется как с использованием соотношений механики анизотропных пластин и оболочек, так и в полной двухмерной и трехмерной постановке задач МДТТ для неоднородной анизотропной среды. Существуют работы В.В. Болотина, Ю.И. Дмитриенко, В.Э. Вильдемана, А.А. Ташкинова, О.Б. Наймарка и других авторов в которых рассматривается не только упругое решение, но и модели кинетических процессов накопления повреждений и развития расслоений в композиционных материалах и элементах конструкции [5, 6, 9, 10, 14-16, 21, 140].

Вопросы моделирования и оценки напряженно-деформированного состояния металкомпозитных и металлических лопаток авиационного двигателя рассмотрены в работах В.А. Костышева, В.Ф. Павлова, Л.С. Шабия, И.Л. Шитарева, и др. [36, 47, 49, 76, 78].

Однако исследованию механического поведения композитных конструкций типа «лопатка спрямляющего аппарата» или «рабочая лопатка вентилятора» посвящены единичные работы Т.Д. Каримбаева, В.П. Павлова, Э.М. Нусратуллина [17, 31, 56, 72]. Таким образом, применение методов механики деформированного твердого тела для исследования особенностей механического поведения лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов при эксплуатационных нагрузках и оценки запасов прочности является важной практической задачей.

Целью работы является выявление зависимостей между структурой армирования, особенностями деформирования и запасами прочности лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести сравнительный анализ механических свойств различных полимерных композиционных материалов, обеспечивающих возможность создания конструкции с заданными требованиями.

2. Сформулировать постановку задачи МДТТ, разработать геометрические и математические модели для расчета напряженно-деформированного состояния, оценки прочности и жесткости конструкции из полимерных композиционных материалов.

3. Выполнить расчет и сравнительный анализ полей напряженно-деформированного состояния конструкции лопатки с различными схемами армирования при эксплуатационных нагрузках.

4. Провести экспериментальное исследование параметров деформирования и разрушения лопатки из полимерных композиционных материалов при лабораторных испытаниях для подтверждения ее механических характеристик и свойств материалов, реализуемых в конструкции.

5. Определить на основе расчетных и экспериментальных методов динамические (спектральные и амплитудно-частотные) характеристики лопатки из полимерных композиционных материалов.

Научная новизна:

• разработаны новые трехмерные модели механического поведения лопатки из композиционных материалов, учитывающие параметры структуры армирования, позволяющие исследовать зависимости между параметрами структуры и особенностями ее деформирования на макроскопическом и структурном уровнях;

• выявлены новые особенности напряженно-деформированного состояния и получены оценки прочности конструкции лопатки из полимерных композиционных материалов при эксплуатационных нагрузках;

• получены новые экспериментальные данные о параметрах деформирования и закономерностях разрушения лопатки из композиционных материалов в лабораторных испытаниях, имитирующих эксплуатационное нагружение;

• установлены расчетно-экспериментальные оценки динамических (спектральных и амплитудно-частотных) характеристик лопатки из полимерных композиционных материалов.

На защиту выносятся:

• оригинальные численные модели механического поведения лопатки из полимерных композиционных материалов, учитывающие параметры структуры армирования и позволяющие исследовать зависимости между параметрами структуры и особенностями ее деформирования на макроскопическом и структурном уровнях;

• совокупность полученных новых результатов расчетно-экспериментальных исследований параметров деформирования и разрушения лопатки из полимерных композиционных материалов при различных вариантах армирования.

Достоверность результатов подтверждается сравнением с экспериментальными данными. При использовании метода конечных элементов подтверждена практическая сходимость путем исследования зависимости результатов от степени дискретизации.

Практическая ценность.

Практическую ценность составляют новые трехмерные модели

механического поведения лопатки из композиционных материалов;

зависимости между структурой ее армирования, особенностями

деформирования и запасами прочности при эксплуатационных нагрузках;

экспериментальные данные о параметрах деформирования и разрушения

7

лопатки в лабораторных испытаниях, ее амплитудно-частотные характеристики. По результатам исследований сделаны практические рекомендации по выбору полимерных композиционных материалов и схемы армирования для изготовления опытных образцов лопатки спрямляющего аппарата. Результаты исследований используются в АО «Авиадвигатель» (614990, г. Пермь, ул. Комсомольский проспект, 93). Полученный патент на конструкцию лопатки спрямляющего аппарата с выбранной схемой армирования № 163398.

Работа выполнена при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме «Научное обоснование конструкторско-технологических решений по созданию высоконагруженных узлов перспективных авиационных двигателей, подверженных интенсивному воздействию аэродинамических факторов, из полимерных композиционных материалов на примере лопатки спрямляющего аппарата». Уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57414X0080.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на

Всероссийских школах-конференциях молодых ученых «Математическое

моделирование в естественных науках» (Пермь, 2015-2016), III

Всероссийской научно-технической конференции «Роль фундаментальных

исследований при реализации «Стратегических направлений развития

материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» (Москва,

2016), Международной конференции «Перспективные материалы с

иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций»

(Томск, 2016), 3-ей национальной ежегодной выставке-форуме

ВУЗПРОМЭКСПО 2015 (Москва, 2015), 2-ом Пермском инженерно-

8

промышленном форуме (Пермь, 2015), 5-ой Международной конференции «Техническая химия. От теории к практике».

Полностью диссертация обсуждалась на семинарах кафедр «Механика композиционных материалов и конструкций» (рук. д. т. н., профессор А.Н. Аношкин), «Вычислительная математика и механика» (рук. д. т. н., профессор Н.А.Труфанов) ПНИПУ и Института механики сплошных сред УрО РАН (рук. академик РАН, д. тех. н., профессор В.П. Матвеенко).

Публикации.

По теме диссертационного исследования опубликовано 7 научных работ, из них 3 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК [30, 34, 66].

Объем работы.

Диссертационная работа изложена на 134 страницах, иллюстрированных 67 рисунками и 13 таблицами. Состоит из введения, 4 глав и заключения по результатам исследования. Список цитируемой литературы состоит из 1 65 наименований.

Первая глава посвящена обзору применения полимерных композиционных материалов в лопатках современных газотурбинных двигателей. Описывается их конструкция и технология изготовления. Приводится выбор перспективных материалов и технологий для изготовления лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов.

Во второй главе представлена постановка задачи расчета НДС лопатки спрямляющего аппарата газотурбинного двигателя. Разработана компьютерная модель и схема эксплуатационных нагрузок на ЛСА. Решение задачи осуществлялось МКЭ в пакете ANSYS. Проведен расчет НДС и оценка статической прочности прототипа лопатки спрямляющего аппарата из алюминиевого сплава.

В третьей главе проводится предварительная оценка прочности и жесткости лопатки спрямляющего аппарата по слоистой модели с заданными эффективными свойствами полимерного материала. Анализируется влияние схемы армирования и материалов на напряженно-деформированное состояние конструкции пера лопатки при воздействии эксплуатационных нагрузок. По результатам сравнения жесткости пера лопатки при различных схемах армирования и материалах выбран наилучший вариант для детального анализа в уточненной постановке. Оценивается влияние межслойных нормальных и касательных напряжений в уточненной постановке для выбранной схемы армирования и материала.

Четвертая глава диссертационной работы посвящена расчетно-экспериментальному подтверждению механических характеристик лопатки спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов. Предложена методика лабораторных механических статических испытаний для определения прочностных и жесткостных свойств исследуемого объекта. Для верификации экспериментальных результатов, полученных в ходе лабораторных испытаний, и уточнения запасов прочности проводится численное моделирование механического поведения лопатки при воздействии лабораторных нагрузок. Для подтверждения требуемой жесткости конструкции и оценки резонансов, которые могут привести к разрушению изделия, исследуются собственные частоты и формы колебаний лопатки.

В заключении приведены все основные результаты проведенных исследований.

Личный вклад автора.

Автором созданы модели механического поведения, проведены расчеты и установлены зависимости между параметрами структуры и особенностями деформирования на макроскопическом и структурном уровнях лопатки из композиционных материалов. Автор принимал непосредственное участие в

экспериментальных исследованиях и выполнял обработку всех экспериментальных данных.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Аношкину Александру Николаевичу за обсуждение результатов, консультации и советы по написанию работы. За постановку темы исследования, за постоянную поддержку работы автор выражает искреннюю признательность кандидату технически наук Зуйко Валерию Юрьевичу и Писареву Павлу Викторовичу. За помощь в проведении экспериментальных работ автор благодарит доктора технических наук, профессора Нихамкина Михаила Александровича.

1. ВЫБОР ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГАЗОТУРБИННЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Применение полимерных композиционных материалов в лопатках современных газотурбинных авиационных двигателей

В настоящее время одной из мировых тенденций при разработке авиационных двигателей является замена металлических сплавов на композиционные материалы, которые позволяют добиться значительного снижения веса изделия и повышения эксплуатационных характеристик [66]. Поэтому при создании новой авиационной техники, особое внимание уделяется широкому применению в ее конструкции полимерных композиционных материалов. В частности, доля композиционных материалов в конструкции мотогондолы двигательных установок достигает 60 процентов. Кроме того, композиционные материалы используются в корпусных деталях наружного контура двигателя, в узлах с многослойными сотовыми панелями звукопоглощающего контура, а также при изготовлении корпуса вентилятора для обеспечения эффективной динамической защиты. Такие решения были опробованы при создании двигателей предыдущего поколения и в настоящее время используются в серийном производстве [24, 66, 79].

Однако весьма перспективным является внедрение композитов в конструкцию ответственных силовых узлов, таких как рабочие лопатки вентилятора и лопатки спрямляющего аппарата. Применение композитов в них обладает мультипликативным эффектом, поскольку не только позволяет снизить массу детали, проектируемой из ПКМ вместо металлического аналога, но и обеспечивает возможность снижение массы у сопрягаемых деталей узла, за счет снижения передаваемых инерциальных и динамических нагрузок.

Создание высоконагруженных деталей авиационных двигателей из полимерных композиционных материалов является сложной проблемой и предусматривает решение целого комплекса связанных друг с другом задач. С одной стороны, моделирование, расчет и проектирование композитной конструкции, определение ее конструктивных особенностей и схемы армирования, а с другой стороны, выбор материалов и технологии изготовления. При этом выбранные материалы и технологии изготовления могут решающим образом сказаться на возможности выполнения тех или иных конструктивных особенностях детали, создания определенной схемы армирования и реализации заданных свойств материала в конструкции. Кроме того, следует учитывать возможности переноса разработанной опытной лабораторной технологии в серийное производство, обеспечение повторяемости технологических операций, уменьшение влияния ошибок и отклонений параметров технологического процесса на качество получаемого изделия.

Объектом исследований настоящей диссертационной работы является лопатка спрямляющего аппарата газотурбинного авиационного двигателя.

Спрямляющий аппарат представляет собой кольцевой набор профилированных лопаток [63, 64, 106, 114-117, 133, 142], расположенных за рабочим колесом вентилятора и обеспечивающих выравнивание воздушного потока с целью уменьшения потерь в наружном контуре двигателя (рисунок 1.1). С учетом большого количества лопаток на один двигатель снижение массы от применения ПКМ вместо металла может быть значительным. Прогнозируется, что при правильном подходе к проектированию для каждой лопатки можно получить снижение массы не менее чем на 15 %.

Рисунок.1.1. Лопатка спрямляющего аппарата из углепластика [125]

Однако стоит отметить, что лопатки спрямляющего аппарата, в отличие от лопаток вентилятора, являются неподвижными, что значительно упрощает требования к их механическим свойствам и расширяет рамки выбора материалов и технологий изготовления.

С тех пор, как в начале 1970-х гг. компания Rolls-Royce потерпела неудачу при разработке углепластиковых лопаток вентилятора и перешла на изготовление титановых лопаток методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки, звание общемирового лидера в применении композитов в авиационных двигателях прочно закрепилось за фирмой GeneralElectric (США) [71, 162]. Так, в новом двигателе GEnx (рисунок 1.2, а), являющемся дальнейшим развитием GE90, входная часть, практически полностью выполнена из композиционных материалов, в том числе, рабочие лопатки вентилятора, корпус вентилятора, корпус компрессора [92, 147].

Демонстрация фирмой GeneralElectric возможности применения углепластика в ответственных деталях турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД), а также появление двигателей с повышенными степенями двухконтурности и лопаток с широкой хордой способствовали тому, что

ведущие двигателестроительные фирмы мира стали также работать в направлении создания лопаток вентилятора из углепластика [46].

В октябре 2014 года компания Rolls-Royce приступила к первым летным испытаниям лопаток вентилятора нового поколения, изготовленных из композитно-титанового материала (CTi). Тестирование проводилось на одном из четырех турбоветиляторных двигателей Rolls-RoyceTrent 1000 (рисунок 1.2, б), установленных на специально оборудованном самолете Boeing 747-200.

а) б)

Рисунок 1.2. Общая схема двигателей GEnx [146] (а) и Rolls-RoyceTrent 1000

[122] (б)

На переднюю и заднюю кромки такой лопатки устанавливаются титановые накладки для повышения стойкости к попаданию птиц и посторонних предметов. При этом перо лопатки обладает более тонким и аэродинамически совершенным профилем [71,162]. В случае одновременного использования композитных лопаток вентилятора и композитного корпуса вентилятора масса данной силовой установки снижается на 680 кг, что является очень весомым показателем.

Разработанные лопатки предназначены для использования на двигателях Rolls-Royce семейства Advance и UltraFan. Силовые установки семейства Advance, возможно, будут запущены в эксплуатацию в 2020 г. Согласно заявленным характеристикам расход топлива этих двигателей, а также

выбросы вредных веществ будут на 20% ниже по сравнению с первым поколением моторов семейства Trent. Предсерийные партии углепластиковых лопаток для опытных двигателей изготавливает компания CTAL - совместное предприятие Rolls-Royce с американской компанией GKN Aerospace. Технологии, освоенные в рамках этой работы, впоследствии будут перенесены на серийное производство [48].

Еще один значимый проект - это двигатель нового поколения LEAP разработки концерна CFM International (объединение американской компании GeneralElectric и французской компании SNECMA), который призван прийти на смену двигателям семейства CFM-56. Лопатки вентилятора этого двигателя также будут изготовлены из композита с трехмерной структурой плетения при помощи технологии RTM [46, 93].

В двигателе HF 120 - совместном проекте GeneralElectric и Honda -внедрена лопатка спрямляющего аппарата из пресс-материала, разработанного фирмой Hexcel [113, 28] (рисунок 1.3).

а) б)

Рис. 1.3. Двигатель GE-HondaHF 120 (а) [28] и лопатка спрямляющего аппарата из пресс-материала HexMC (б) [29]

Зарубежный опыт применения ПКМ при изготовлении рассматриваемых деталей авиационных двигателей отражен в работах [82, 98, 123, 126, 130, 131, 148] и патентах [120, 135, 153, 155].

В отечественном авиадвигателестроении еще в семидесятые годы XX века при разработке ТРДД Д-36 были проведены работы по созданию рабочей лопатки вентилятора из композиционных материалов. В результате была разработана конструкция и технология производства цельнокомпозитной широкохордной рабочей лопатки вентилятора. Жесткость при изгибе и кручении разработанной лопатки из углепластика была сравнима с жесткостью аналогичной лопатки из титанового сплава. Однако стендовые испытания лопаток в системе двигателя не производились [46].

Большой объем исследований по созданию композитных лопаток был проведен в ФГУП «ЦИАМ им. Баранова». В результате исследований было проведено математическое моделирование, разработана конструкция и технология изготовления опытного образца рабочей лопатки вентилятора из ПКМ методом пропитки под давлением. Испытания в лабораторных условиях показали достаточно высокий уровень физико-механических свойств и технологической готовности, опытных образцов отечественной углепластиковой лопатки [31].

В конструкции спрямляющей лопатки вентиляторной ступени двигателя Д-18Т, установленного на самолетах Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрия», углепластики позволили снизить массу лопаток до 40%. Была принята схема с раздельными лопатками, закрепленными за верхнюю полку на общем наружном кольце [50].

Для высокотемпературной зоны двигателя для создания лопаток можно использовать керамические и углерод-углеродные композиционные материалы. В последнее десятилетие проводятся интенсивные исследования по разработке композиционных материалов на основе керамики SiC/SiC и их использованию в авиационных двигателях. Такие материалы отличаются высокими прочностными характеристиками, жаропрочностью, износостойкостью, малой плотностью [38].

Так, компания Rolls-Royce провела испытания высокотемпературных элементов корпуса турбины высокого давления (ТВД), изготовленных из композитов с керамической матрицей, на демонстраторе технологий Environmentally Friendly Engine, представляющем собой газогенератор двигателя Trent 1000 с турбиной и камерой сгорания новой топливоэффективной конструкции. CFM применяет композиционные материалы с керамической матрицей в изготовлении корпуса турбины двигателя LEAP-1, а GE планирует использовать такие материалы для покрытия внутренней поверхности камеры сгорания, корпуса и выходного устройства ТВД, а также лопаток второй ступени турбины двигателя GE9X (это будет первый случай применения подобных материалов в движущихся частях двигателя) [118]. Возможности использования композитов на основе керамики при изготовлении лопаток спрямляющего аппарата рассмотрены в работах [101, 137, 143, 159, 160, 163]. Керамические композиционные материалы позволяют в перспективе повысить температуру в камере сгорания и пересмотреть конструктивные решения вследствие возможного повышения допустимой рабочей температуры для целого ряда узлов двигателя.

Существующие температурные и силовые нагрузки на узлы вентилятора рассматриваемой двигательной установки позволяют использовать для создания ее деталей технологии полимерных композиционных материалов.

Лопатка спрямляющего аппарата, рассматриваемая в настоящей работе, состоит из следующих основных частей: верхней, нижней полки и аэродинамического пера. В сопрягаемых узлах лопатка закрепляется консольно верхней полкой к разделительному корпусу болтовым соединением, нижняя полка лопатки устанавливается в паз корпуса сектора нижнего (рисунок 1.4.). Для исключения зазора в пазу корпуса сектора нижнего устанавливается резиновая прокладка. Традиционно для изготовления лопатки спрямляющего аппарата используется алюминий.

К недостаткам существующей конструкции ЛСА можно отнести относительно высокую массу детали, низкий коэффициент использования материала, относительно высокую трудоемкость и станкоемкость изготовления. К положительным моментам можно отнести низкую стоимость материала и алюминиевой заготовки, отработанную технологию изготовления, наличие исчерпывающих сведений о физико-механических свойствах материала - всех достоинств, свойственных традиционным и длительное время применяемым конструктивно-технологическим решениям.

При разработке конструкции лопатки спрямляющего аппарата из ПКМ было принято условие полной взаимозаменяемости с алюминиевым прототипом для сохранения аэродинамических параметров спрямляющего аппарата. Таким образом, рассматриваемая лопатка из ПКМ должна иметь аналогичную геометрию пера и проточной части и максимально близкие конструкции полок для крепления болтовым соединением в корпусе верхнем и пазе корпуса нижнего.

Рисунок 1.4. Общий вид существующей лопатки спрямляющего вентилятора

и ее крепления

При этом лопатка спрямляющего аппарата из полимерных композиционных материалов должна обеспечивать жесткость и прочность не хуже алюминиевого аналога при воздействии эксплуатационных нагрузок.

Основными нагрузками являются газовые силы от набегающего аэродинамического потока, суммарное значение газовых сил в осевом и окружном направлении равно соответственно: = 449,4Н, Я^р = 1205,6 Н.

Запасы статической прочности к пределу прочности материала при эксплуатационных нагрузках должны быть не менее 2.0.

С учетом современного развития технологий производства изделий из полимерных композиционных материалов, можно выделить несколько перспективных технологических процессов для изготовления ЛСА.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шипунов, Глеб Сергеевич, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абовский Н.П., Андреев Н.П., Деруга А.П. Вариационные принципы теории упругости и теории оболочек. - М.: Наука, 1978. - 287 с.

2. Алфутов Н.А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. М.: Машиностроение, 1978. - 312 с.

3. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. -264 с.

4. Аношкин А.Н., Рудаков М.В., Страумит И.С., Шустова Е.Н. Расчет НДС и оценка прочности композитного фланца стеклопластикового кожуха авиационного газотурбинного двигателя // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2011. - Т. 15, № 1 (41). - С. 67-75.

5. Аношкин А.Н., Ташкинов А.А. Нестационарные процессы накопления повреждений композитных фланцев при циклических нагрузках // Механика композитных материалов. - 1997. - Т. 33, № 5. - С. 449-454.

6. Аношкин А.Н., Ташкинов А.А., Грицевич А.М. Прогнозирование несущей способности композитных фланцев корпусных деталей авиадвигателей // Механика композитных материалов. - 1997. - Т.33, № 3. -С. 255-262. doi: 10.1007/s00158-010-0617-4

7. Ахметов А.М., Кондратец С.В., Перлов С.В. Технология и оборудование для изготовления корпусных и роторных деталей ГТД методом намотки // Авиационная промышленность.- 2013. - №2. - С. 47-49.

8. Бернс В.А., Долгополов А.В., Маринин Д.А. Модальный анализ конструкций по результатам испытаний их составных частей // Доклады Академии Наук высшей школы Российской Федерации, 2014, 1, сс 24-42

9. Болотин В. В. Межслойное разрушение композитов при комбинированном нагружении // Механика композитных материалов. - 1988. - № 3. - С. 410-418.

10. Болотин В.В. О динамическом распространении трещин // Прикладная математика и механика. - 1992. - Т. 56. - № 1- С. 150-162.

11. Бохоева Л.А. Особенности расчета на прочность элементов конструкций из изотропных и композиционных материалов с допустимыми дефектами. Улан-Удэ: ВСГТУ, 2007. - С. 192.

12. Бунаков В.А. Оптимальное проектирование сетчатых композитных цилиндрических оболочек // Механика конструкций из композиционных материалов. 1992. - №21. - С. 100-103.

13. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов. Киев: "'Наукова думка", 1985.-304 с.

14. Васильев В.В., Протасов В.Д., Болотин В.В. и др. Композиционные материалы. Справочник. -М.: Машиностроение, 1990, -512 с.

15. Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А., Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов. М.: Физматлит, 1997.- 288с.

16. Вильдеман В.Э., Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А., Прогнозрование неупругого деформирования и разрушения слоистых композитов // Механика композитных материалов. - 1992. - № 3. - С. 315323.

17. Влияние армирования на прочность композитной лопатки компрессора ГТД. / Павлов В. П., Нусратуллин Э. М., Филиппов А. А. // Вестник УГАТУ: Научный журнал Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. УГАТУ -Уфа: РИК УГАТУ, 2010. Т. 14, №4 (39). С. 50 - 60.

18. Гагауз Ф.М. Проблемы технологии формирования соединительных узлов конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Сборник научных трудов. ХАИ. -2012. - № 4 (72). - С. 15-20.

19. Дж.С. Дик. Технология резины: Рецептуростроение и испытания: Пер. с англ. / Под ред. В.А. Шершнева. - СПб: Научные основы и технологии, 2010. - 620 с.

20. Динамическое поведение упругих коаксиальных цилиндрических оболочек, содержащих движущуюся в них жидкость // Матвеенко В.П., Бочкарев С.А., Прикладная математика и механика. 2010. Т. 74. № 4.

21. Димитриенко Ю.И., Димитриенко И.П. Длительная прочность армированных пластиков. - Механика композит. материалов.- 1989.- № 1. С. 16-22.

22. Доан Чак Луат, Лурье С.А., Дудченко А.А. Моделирование деградации свойств композита при растрескивании и расслоении при статическом и циклическом нагружении // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2008. - T 14. - № 4. - С. 623-637.

23. Душин М.И., Хрульков А.В., Мухаметов P.P. Выбор технологических параметров автоклавного формования деталей из полимерных композиционных материалов //Авиационные материалы и технологии. - 2011. - №3. - С. 20-26.

24. Иноземцев А.А. Наноиндустрия авиадвигателя // Пермские авиационные двигатели. -2010. -№ 20. - С. 32-34.

25. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Гладкий И.Л., Головкин А.Ю., Болотов Б.П. Собственные частоты и формы колебаний полой лопатки вентилятора ГТД // Авиационная промышленность. - 2010. -№ 3. - С. 8-12.

26. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Сенкевич А.Б., Головкин А.Ю., Болотов Б.П. Методика экспериментального модального анализа лопаток и рабочих колес газотурбинных двигателей // Тяжелое машиностроение. - 2010 - № 11. - С. 2-6.

27. Иноземцев А.А., Нихамкин М.Ш., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т.2. - М.: Машиностроение, 2008. - 368 с.

28. Интернет ресурс: http://www.gehonda.com. Проверено 06.10.16

29. Интернет ресурс: http://www.hexcel.com/news/newsletters/letter-20110626.pdf_._Проверено 06.10.16

30. Исследование НДС и оценка прочности композитной лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя / Гринев М.А., Аношкин А.Н., Писарев П.В., Зуйко В.Ю., Шипунов Г.С. // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2015. - № 4. - С. 293-307. doi: 10.15593/perm.mech/2015.4.17

31. Каримбаев Т.Д., Луппов А.А., Афанасьев Д.В. Рабочие лопатки вентиляторов из углепластика для перспективных двигателей. Достижения и проблемы // Двигатель. - 2011. - №6 (78). - С. 2-7.

32. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. - М.: Наука, 1969. -

421.

33. Клеевые препреги и композиционные материалы на их основе / Лукина Н.Ф. [и др.] // Российский химический журнал. - 2010. - Т. LIV. №1. - С. 53-56.

34. Компьютерное моделирование механического поведения композитной лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя / Гринев М.А., Аношкин А.Н., Писарев П.В., Зуйко В.Ю., Шипунов Г.С. // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2015. - № 3. - С. 38-51. doi: 10.15593/perm. mech/2015.3.04

35. Конструкционные и термостойкие клеи. / Лукина Н.Ф. [и др.] // Авиационные материалы и технологии. - 2012. - №5. - С.328-335.

36. Костышев В.А., Питюгов М.С., Анализ напряженного состояния процесса высокоскоростной штамповки лопатки компрессора газотурбинного двигателя методом выдавливания // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета им. Академика С.П. Королева. - 2012. - № 4 (35). - С 162-167.

37. Краснов Л.Л. Особенности формования пресс-волокнита на

основе модифицированного фенолформальдегидного связующего

[Электронный документ] // Труды ВИАМ. - 2014. - № 8. (http://viam-

119

works.ru/plugins /content/journal/uploads/articles/ pdf/696.pdf). Проверено 06.10.16.

38. Лебедева Ю. Е., Попович Н. В., Орлова Л. А. Защитные высокотемпературные покрытия для композиционных материалов на основе SiC [Электронный документ] // Труды ВИАМ. - 2013. - № 2. (http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=7). Проверено 06.10.16.

39. Лехницкий С.Г. Теория упругого анизотропного тела. М.: Наука, 1977. -415 с.

40. Лозицкий Л.П. [и др.]. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Воздушный транспорт, 1992.

41. Лукина Н.Ф., Дементьева Л.А., Петрова А.П., Тюменева Т.Ю. Свойства клеев и клеящих материалов для изделий авиационной техники // Клеи. Герметики. Технологии. 2009. №1. С. 14-24.

42. Лукина Н.Ф. Клеевые препреги на основе тканей Porcher -перспективные материалы для деталей и агрегатов из ПКМ [Электронный документ] // Труды ВИАМ. - 2014. - №6. (http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=677). Проверено 06.10.16.

43. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетере Г.А, Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига, "Зинатне", 1980, 571 с.

44. Математическое моделирование процесса отверждения изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумного автоклавного формования в технологическом пакете / С.В. Мищенко [и др.] // Вестник ТГТУ. - 2001. - Т. 7. - № 1. - С. 7-19.

45. Мирошниченко И. П. Об особенностях напряженно-деформированного состояния слоистых цилиндрических конструкций из трансверсально-изотропных материалов // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2016. - Т. 15. - С. 2431-2435.

46. Михалкин А.А. Рабочие лопатки вентилятора перспективных ТРДД // Авиационно-космическая техника и технология. - 2013. - № 9 (106). - С. 97-100.

47. Моделирование характеристик упругости гибридного композиционного материала на основе борных и углеродных волокон. / Павлов В. П., Нусратуллин Э. М., Филиппов А. А. И Вестник УГАТУ: Научный журнал Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. УГАТУ - Уфа: РИК УГАТУ, 2011. Т. 15, № 4 (44). С. 98 - 107.

48. Нургалеев А.. Rolls-Royce начала испытания композитно-титановых лопаток вентилятора [Электронный документ] // Авиатранспортное обозрение (АТО). - 2014. (http://www.ato.ru/content/rolls-royce-nachala-ispytaniya-kompozitno-titanovyh-lopatok-ventilyatora). Проверено 06.10.16

49. Павлов В.Ф., Сазанов В.П., Кирпичев В.А., Вакулюк В.С., Определение первоначальных деформаций в упрочненном слое цилиндрической детали методом конечно-элементного моделирования с использованием расчетного комплекса Patran/Nastran // Вестник уфимского государственного авиационного технического университета. - 2015 .- Т.19. -№ 2(68). - С. 35-40.

50. Пейчев Г.И. Разработка, экспериментальные исследования и доводка углепластиковой лопатки спрямляющего аппарата вентилятора двигателя Д-18Т // Авиационная промышленность. - 1989. - № 9. - С. 13-14.

51. Петрова Г.Н. Конструкционные материалы на основе армированных термопластов // Российский химических журнал. - 2010. - т. LIV. - №1.

52. Победря Б.Е. Принципы вычислительной механики композитов // Механика композиционных материалов. 1996. - Т.32, №6. - С. 720746.

53. Полилов А.Н., Татусь Н.А. Критерии прочности полимерных волокнистых композитов, описывающие некоторые экспериментально наблюдаемые эффекты // Проблемы машиностроения и автоматизации. -2008. - № 3. - С. 103-110.

54. Постнова М.В., Постнов В. И. Опыт развития безавтоклавных

методов формования ПКМ [Электронный документ] // Труды ВИАМ. - 2014.

121

- № 4. (http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/660.pdf). Проверено 06.10.16.

55. Применение композиционных материалов на основе клеевых препрегов в конструкции деталей и агрегатов авиационной техники / Лукина Н. Ф. [и др.] // Сварочное производство. - 2014. - №6. - С. 29-32.

56. Прочность лопатки компрессора авиационного двигателя при замене титанового сплава на композиционный материал./ Павлов В. П., Нусратуллин Э. М., Филиппов А. А. // Вестник УГАТУ: Научный журнал Уфимск. гос. авиац. техн. ун-та. УГАТУ-Уфа: РЖ УГАТУ, 2011. Т. 15, №4 (44). С. 73 - 81.

57. Рикардс Р.Б. Метод конечных элементов в теории оболочек и пластин. - Рига: Зинантне, 1988. 284 с.

58. Сапожников С.Б., Долганина Н.Ю., Проектирование новых конструкций тканевых бронепанелей с использованием суперкомпьютерных вычислений // Вестник Южно-уральского государственного университета. Серия: Математическое моделирование и программирование.- 2011. - № 37(254). - С. 71-81.

59. Сапожников С.Б., Левинский А.А., Использование композитных материалов на основе поликрбоната в защитных структурах // Вестник Южно-уральского государственного университета. Серия: Машиностроение.

- 2012. - № 12 (271). - С 187-193.

60. Сапожников С.Б., Шакиров А.А., Абдрахимов Р.Р., МКЭ моделирование силовых композитных обшивок транспортных средств // Вестник Южно-уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. - 2013. - № 13. - № 2. - С 58-62.

61. Скудра А.М., Булавс Ф.Я., Роценс К.А. Ползучесть и статическая усталость армированных пластиков. Рига: Зинатне, 1971. - 238 с.

62. Скудра А.М., Булавс Ф.Я. Прочность армированных пластиков. М.: Химия, 1982. - 216 с.

63. Способ пайки лопаток спрямляющего аппарата компрессора турбореактивного двигателя. Патент № RU 2290285 C2. Клемен Ж-Ф. Д. Снекма Мотер, 2006.

64. Спрямляющий аппарат компрессора. Патент № 50257. Лазарев М.А. ОАО "НПО Сатурн", 2005.

65. Тарнопольский Ю.М. Расслоение сжимаемых стержней из композитов // Разрушение композитных материалов.- 1979. - С. 160 - 166.

66. Технологии и задачи механики композиционных материалов для создания лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя / Аношкин А.Н., Зуйко В.Ю., Шипунов Г.С., Третьяков А.А. // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2014. - № 4. - С. 5-44. doi: 10.15593/perm.mech/2014.4.01.

67. Трошин В.П. Влияние продольного расслоения в слоистой цилиндрической оболочке на величину критического внешнего давления// Механика композитных материалов. - 1982. - № 5. - C. 838 - 842.

68. Трошин В.П. К устойчивости цилиндрических оболочек с расслоениями // Механика композитных материалов. -1981. - № 4. - C. 729 -731.

69. Труфанов Н.А., Бартоломей М.Л., Шардаков И.Н., Конечно-элементное моделирование процесса формирования зон растрескивания в трехслойной пластине // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Т. 13. - № 4(4). - С. 1061-1068.

70. Труфанов Н.А., Куликов Р.Г., Применение итерационного метода к решению задачи деформирования однонаправленного композиционного материала с нелинейно-вязкоупругим связующим // Вычислительная механика сплошных сред.- 2011.- Т. 4.- № 2. - С. 61-71.

71. Уорвик Г. Rolls-Royce созрел для композитов [Электронный документ] // Авиатранспортное обозрение (АТО). - 2013. - №142. (http://www.ato.ru/content/rolls-royce-sozrel-dlya-kompozitov}^ Проверено 06.10.16

72. Упрочнение хвостовика лопатки компрессора за счет армирования высокомодульными волокнами. / Нусратуллин Э. М. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. СПбГПУ. 2010. №4 (110). С. 107 - 111.

73. Хорев А.И. Теория и практика создания титановых сплавов для перспективных конструкций // Технология машиностроения. - 2007. - №12. -С. 5-13.

74. Цепенников М. В., Повышев И.А., Сметанников О.Ю., Верификация численной методики расчета разрушения конструкций из композиционных материалов // Прикладная математика и вопросы управления. - 2012. - № 10. - С. 225-241.

75. Цепенников М. В., Сметанников О.Ю., Повышев И.А., Численная модель разрушения конструкций из тканых перфорированных композиционных материалов // Механика композиционных материалов и конструкций. -2014. - Т. 20. - № 3. - С. 389-402

76. Шабий Л.С., Попов Г.М., Колмакова Д.А., Подходы к формированию параметрических моделей лопаточных машин // Вестник самарского государственного аэрокосмического университета им. Академика С.П. Королева. - 2012. - № 3-3 (34). - С 285-292.

77. Шардаков И.Н. Матвеенко В.П., Корепанов В.В., Численное исследование двумерных задач несимметричной теории упругости// Изв. РАН. Механика твердого тела. 2008. № 2. С. 63-70.

78. Шитарев И.Л., Хаймович А.И., Моделирование микроструктуры при высокоскоростной штамповке компрессорных лопаток из титанового сплава ВТ9 // Заготовительные производства в машиностроении. - 2011. -№ 11. - с. 41-44.

79. Эксплуатационный ресурс стеклопластикового кожуха сопла авиационного газотурбинного двигателя / Рубцов С.М. [и др.] // Конструкции из композиционных материалов. - 2007. - №3. - С. 81-89.

80. A. Lystrup, T. L. Andersen. Autoclave consolidation of fibre

composites with a high temperature thermoplastic matrix // Journal of Materials

124

Processing Technology. - 1998. - Vol. 77, No. 1-3. - pp. 80-85. doi:10.1016/S0924-0136(97)00398-1.

81. A. Shojaeia. A numerical study of filling process through multilayer preforms in resin injection/compression molding // Composites Science and Technology. - 2006. -Vol. 66, No. 11-12. - pp. 1546-1557. doi:10.1016/j.compscitech.2005.11.035

82. Advances in gas turbine technology, book edited by Ernesto Benini, ISBN 978-953-307-611-9 // Materials for Gas Turbines - An Overview. By Nageswara Rao Muktinutalapati. doi: 10.5772/20730.

83. ASTM D 2344/D 2344M - 13. Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates.

84. ASTM D 6641/D 6641M - 09. Standard Test Method for Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Materials Using a Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture.

85. ASTM D 7264/D 7261M - 07. Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials.

86. ASTM D 3039/D 3039M - 14. Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials.

87. Belov E.B., Lomov S.V., Verpoest I., Peters T., Roose D., Parnas R.S, Hoes K., Sol H. Modelling of permeability of textile reinforcements: Lattice Boltzmann method // Composites Science and Technology. - 2004. - Vol. 64. -pp. 1069-1080. doi:10.1016/j.compscitech.2003.09.015

88. Bently D.E. Fundamentals of Rotating Machinery Diagnostics // Bently Pressurized Bearing Company. - 2002. - 764 p

89. Black S. Getting to know "Black Aluminum" [Электронный документ] // Modern Machine Shop. - 2008. (http://www.mmsonline.com/articles/getting-to-know-black-aluminum}. Проверено 06.11.14.

90. Bolotin V.V. Delaminations in composite structures: its origin, buckling, growth and stability // Composites Part B: Engineering. - 1996. - Vol. 27, No. 2. - pp. 129-145. DOI: 10.1016/1359-8368(95)00035-6

91. Bottega W.J., Maewal A. Delamination buckling and growth in laminates // Journal Applied Mechanics. - 1983. - Vol. 50, No 1. - pp. 184 - 189. DOI: 10.1115/1.3166988

92. C. Bellini, J. Carney. The GEnx: Next generation aviation // University of Pittsburgh Swanson School of Engineering's 12th Annual Freshman Engineering Conference. - 2012.

93. C. Red. Aviation Outlook: Composites in commercial aircraft jet engines [Электронный документ] // High-Performance Composites. - 2008. (http://www.compositesworld.com /articles/aviation-outlook-composites-in-commercial-aircraft-jet-engines). Проверено 06.10.16.

94. C.B. Xin, Y.Z. Gu, M. Li, J. Luo, Y.X. Li, Z.G. Zhang. Experimental and numerical study on the effect of rubber mold configuration on the compaction of composite angle laminates during autoclave processing // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2011. - Vol. 42, No. 10. - pp. 1353-1360. doi: 10.1016/j.compositesa.2011.05.018.

95. C.D. Rudd, A.C. Long, K.N. Kendall, C. Mangin. Liquid moulding technologies - resin transfer moulding, structural reaction injection moulding and related processing techniques, Woodhead Publishing Ltd., Abington, England, 1997.

96. Camanho P.P., Davila C. G., Pinho S. T. Fracture analysis of composite co-cured structural joints using decohesion elements // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. - 2004. - Vol. 27, No. 9. - pp. 745-757. DOI: 10.1111/j.1460-2695.2004.00695.x

97. Cárdenas, D., Escárpita, A.A., Elizalde, H., Aguirre, J.J., Ahuett, H., Marzocca, P., Probst, O. Numerical validation of a finite element thin-walled beam model of a composite wind turbine blade// (2012) Wind Energy, 15 (2), pp. 203223.

98. Carlos A., Estrada M. New technology used in gas turbine blade materials // Scientia Et Technica, - 2007. - Vol. XIII (36).

99. Carsten C. Aero-mechanical optimisation of a structural fan outlet guide vane // Structural and multidisciplinary optimization. - 2011. - V. 44, No. 1. - pp. 125-136. doi: 10.1007/s00158-010-0617-4

100. C. Carsten, D. Gallistl, B. Kraemer: Numerical Algorithms for the Simulation of Finite Plasticity with Microstructures, Chapter in Analysis and Computation of Microstructure in Finite Plasticity, Springer, 2015

101. Ceramic matrix composite turbine engine vane. Patent No.: US 8,210,803 B2. Jeffery R. Schaff, Jun Shi. United Technologies Corporation, 2012.

102. Chai H., Babcock C.D. Two-dimensional modeling of compressive failure in delaminated laminates // Journal of Composite materials. - 1985. - Vol. 19, No. 1. - pp. 67-91. DOI: 10.1177/002199838501900105

103. Chai H., Babcock C.D., Knauss W.G. One dimensional modeling of failure in laminated plates by delamination buckling // International Journal of Solids and Structures. - 1981. - Vol. 27, No. 11. - pp. 1069-1083. DOI: 10.1016/0020-7683(81)90014-7

104. Chang C.Y., Shih M. S. Numerical simulation on the void distribution in the fiber mats during the filling stage of RTM // Journal of reinforced plastics and composite. - 2003. - Vol. 22, No. 16. - pp. 1437-1454. doi: 10.1177/073168403027992

105. Chuang, J., Ray, C.W., Albertani, R., Batten, B.A. Material characterization and modal analysis of composite plates via digital image correlation // (2012) International SAMPE Technical Conference, 12 p.

106. Composite vane mounting. Patent No.: US 8734101 B2. McDonald S.A. et al. General Electric Co., 2014.

107. D. Stefaniak, E. Kappel, T. Sprowitz, C. Huhne. Experimental identification of process parameters inducing warpage of autoclave-processed

CFRP parts // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2012. -Vol. 43, No. 7. - pp. 1081-1091. doi:10.1016/j.compositesa.2012.02.013

108. Dervilis, N., Barthorpe, R., Staszewski, W.J., Worden, K. Structural Health Monitoring of composite material typical of wind turbine blades by novelty detection on vibration response // (2012) Key Engineering Materials, 518, pp. 319327. Cited 1 time. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.518.319

109. Dervilis N, Choi M, Taylor SG, Barthorpe RJ, Park G, Farrar CR, Worden K On damage diagnosis for a wind turbine blade using pattern recognition // Journal of sound and vibration. - № 333 (6).- PP1833-1850

110. Ewins D.J. Modal Testing: Theory, Practice and Application// 2nd edition. Baldock, Research Studies Press LTD, 2000

111. Fernández I., Blas F., Frovel M. Autoclave forming of thermoplastic composite parts // Journal of Materials Processing Technology. - 2003. - Vol. 143-144. - pp. 266-269. doi: 10.1016/S0924-0136(03)00309-1

112. G. N. Xie, J. Liu, W. H. Zang, G. Lorenzini, C. Biserni. Simulation and improvement of temperature distributions of a framed mould during the autoclave composite curing process // Journal of Engineering Thermophysics. -2013. - Vol. 22, No. 1. - pp. 43-61. doi: 10.1134/S1810232813010062

113. G. Norris. HondaJet engine wins certification // Aviation Week & Space Technology. - 2013. - Vol.175 - p.50

114. Gas turbine or jet engine stator vane frame. Patent No.: US 6343912 B1. Manteiga J.A., Nussbaum J.H., Noon J.L. General Electric Company, 2002.

115. Gas turbine outlet guide vane mounting assembly. Patent No.: US 5074752 A. Murphy G.C., Haaser F.G., Matacia A.J. General Electric Company, 1991.

116. Gas turbine vane installation. Patent No.: EP 1219785 A1. Glover S. L., Manning T. E. United Technologies Corporation, 2002.

117. Griffith, D.T., Paquette, J.A. Panel resonant behavior of wind turbine blades// (2010) Collection of Technical Papers - AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, art. no. 2010-2741.

118. Halbig M.C., Jaskowiak M. H., Kiser J. D., Zhu D. Evaluation of ceramic matrix composite technology for aircraft turbine engine applications [Электронный документ] // 41st AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. - 2013. (http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20130010774). Проверено 06.10.16.

119. Heylen W., Lamens S., Sas P. Modal Analyses. Theory and Testing. Leven Univ. Belgium, 2003. - 325 p.

120. High pressure molding of composite parts. Patent No.: US 8734925 B2. Matthew Kweder, Bruno Boursier. Hexcel Corporation, 2014.

121. Hubert P., Fernlund G., Poursartip A. Autoclave processing for composites. In: Advani S., Hsiao K-T. (ed). Manufacturing techniques for polymer matrix composites (PMCs). Cambridge, UK, Woodhead Publishing Limited. -2012. - pp. 414-434. doi:10.1533/9780857096258.3.414

122. James W. Ramsey. Boeing 787: Integration's Next Step [Электронный документ] // Avionics Magazine, - 2005. (http://www.aviationtoday.com/av/commercial/Boeing-787-Integrations-Next-Step_932.html#. VGpbz_msXTo). Проверено 06.10.16.

123. Jansson N.E., Lutz A., Wolfahrt M., and Sjunnesson A. Testing and analysis of a highly loaded composite flange // ECCM13: 13th European Conference on Composite Materials - Stockholm, Sweden, 2008.

124. Jian Li. Flange delamination prediction in composite structures with ply waviness // AIAA Journal. - 2000. - № 5. - Vol. 38 - pp. 893-897. DOI: 10.2514/2.1044

125. Julia King. Composites for Aeroengines // Materials World. - 1997. -Vol. 5. - No. 6 - pp. 324-327.

126. Koff B.L. Gas turbine technology evolution: a designer's perspective // Journal of Propulsion and Power. - 2004. - Vol. 20 (4). - рр. 577-595.

127. Kumar, M., Khan, G.S., Shakher, C. Measurement of elastic and thermal properties of composite materials using digital speckle pattern

interferometry // (2015) Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 9660, art. no. 966011,DOI: 10.1117/12.2196390

128. L.A. Khan, A. Nesbitt, R. J. Day. Hygrothermal degradation of 977-2A carbon/epoxy composite laminates cured in autoclave and Quickstep // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2010. - Vol. 41, No. 8.

- pp. 942-953. doi: 10.1016/j. compo sitesa.2010.03.003.

129. Laxalde D.,1, Thouverez F., Sinou J.-J., Lombard J.-P., Baumhauer S. Mistuning Identification and Model Updating of an Industrial Blisk. International Journal of Rotating Machinery.V.2007. Hindawi Publishing Corp. Article ID 17289. -10 p.

130. Leye M. Amoo. On the design and structural analysis of jet engine fan blade structures // Progress in Aerospace Sciences. - 2013. - Vol.60 - pp. 1-11.

131. M. Nishikawaa, K. Hemmib, N. Takedac. Finite-element simulation for modeling composite plates subjected to soft-body, high-velocity impact for application to bird-strike problem of composite fan blades // Composite Structures.

- 2011. - Vol. 93, No. 5 - pp. 1416-1423.

132. M.L. Herring , J.I. Mardel, B.L. Fox. The effect of material selection and manufacturing process on the surface finish of carbon fibre composites // Journal of Materials Processing Technology. - 2010. - Vol. 210, No. 6-7. - pp. 926-940. doi:10.1016/j .jmatprotec.2010.02.005

133. Machined fan exit guide vane attachment pockets for use in a gas turbine. Patent No.: US 6619917 B2. Glover S. L., Manning T. E. United Technologies Corporation, 2003.

134. McElroy M., Leone F., Ratcliffe J. Simulation of delamination-migration and core crushing in a CFRP sandwich structure // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2015. - Vol. 79. - pp. 192-202. D0I:10.1016/j.compositesa.2015.08.026

135. Method and apparatus for a structural outlet guide vane. Patent No.: US 8177513 B2. Dong-Jul Shlm, Scott Finn, Apostolos Pavlos Karafillis, William Howard Hasting, Arjan Hegeman. General Electric Company, 2012.

136. Mikulik Z, Kelly DW, Prusty BG, Thomson RS. Prediction of flange debonding in composite stiffened panels using an analytical crack tip element-based methodology // Composite Structures. - 2008. - Vol. 85, No. 3. - pp. 233244. DOI: 10.1016/j.compstruct.2007.10.027

137. Mital S.K., Goldberg R.K., Bonacuse P.J. Modeling of Damage Initiation and Progression in a SiC/SiC Woven Ceramic Matrix Composite [Электронный документ] // 53rd AIAA Conference on Structures, Structural Dynamics and Materials (SDM). - 2012. (http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20120012848). Проверено 06.10.16.

138. Movaghghar, A., Lvov, G.I. A method of estimating wind turbine blade fatigue life and damage using continuum damage mechanics// (2012) International Journal of Damage Mechanics, 21 (6), pp. 810-821.

139. Muc A, Stawiarski A. Identification of damages in composite multilayered cylindrical panels with delaminations // Composite Structures. -2012. - Vol. 94, No. 5. - pp. 1871-1879. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011. 11.026

140. Naimark O.B.Structural-scaling transitions and self-similar features of earthquake development// Physical Mesomechanics. 2008. Vol. 11, N.3-4. P. 190204.

141. N.K. Naik, M. Sirisha, A. Inani. Permeability characterization of polymer matrix composites by RTM/VARTM // Progress in Aerospace Sciences. -2014. - Vol. 65. - pp. 22-40. doi:10.1016/j.paerosci.2013.09.002

142. Outlet guide vane structure. Patent No.: US 20110192166 A1. Mulcaire T.G. Rolls-Royce Plc, 2011.

143. Pappu L.N. Murthya, Noel N. Nemetha, David N. Brewerb, Subodh Mitalc. Probabilistic analysis of a SiC/SiC ceramic matrix composite turbine vane // Composites Part B: Engineering. - 2008. - Vol. 39, No. 4 - pp. 694-703. doi: 10.1016/j.compositesb.2007.05.006

144. Potter K. Understanding the origin of defects and variability in composites manufacture. In: Proceedings of the 17th international conference on composite materials, Edinburgh, UK, 2009.

145. R.S. Parnas, A.J. Salem. A comparison of the unidirectional and radial inplane flow of fluids through woven composite reinforcements // Polymer Composites. - 1993. - Vol. 14, No. 5. - pp. 383-394. doi: 10.1002/pc.750140504

146. Ronald Donner. Turbine Technology: The GEnx Engine [Электронный документ] // Aircraft maintenance technology.-2010. (http://www. aviationpros.com/article/10372016/turbine-technology-the-genx-engine). Проверено 06.10.16

147. Rula M. Coroneos. Structural analysis and optimization of a composite fan blade for future aircraft engine // Technical Report. NASA Glenn Research Center; Cleveland, OH, USA - 2012. - ID: 20120013597.

148. S. Blecherman, T. N. Stankunas. Composite fan exit guide vanes for high bypass ratio gas turbine engines // Journal of Aircraft. - 1982. - Vol. 19, №. 12, - pp. 1032-1037. doi: 10.2514/3.44808.

149. S. Laurenzi, A. Grilli, M. Pinna, F. De Nicola, G. Cattaneo, M. Marchetti. Process simulation for a large composite aeronautic beam by resin transfer molding // Composites Part B: Engineering. - 2014. - Vol. 57. - pp. 4755. doi: 10.1016/j.compositesb.2013.09.039

150. Saad A., Echchelh A., Hattabi M., El Ganaoui M. Numerical simulation of thickness variation effect on resin transfer molding process // Journal of Polymer composites. - 2012. -Vol. 33, No. 1. - pp. 10-21. doi: 10.1002/pc.21226

151. Senthil K., Arockiarajan A., Palaninathan R., Santhosh B., Usha K.M. Defects in composite structures: Its effects and prediction methods - A comprehensive review // Composite Structures. - 2013. - Vol. 106. - pp. 139-149. doi: 10.1016/j. compstruct.2013.06.008

152. Simitses G.J., Sallam S., Yin W.H. Effect of delamination of axially loaded homogeneous laminated plates // AIAA Journal. - 1985. - Vol. 23, No. 9. -pp. 1437-1444. DOI: 10.2514/3.9104

153. Stator vane for 3d composite blower. Patent No.: US20110110787 A1. Olivier Belmonte, Jean Noel Mahieu, Xavier Millier. Snecma, 2011.

154. Steeves C.A., Fleck N. A. Compressive strength of composite laminates with terminated internal plies // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2005. - Vol. 36, No. 6. - pp. 798-805. DOI: 10.1016/j.compositesa.2004.10.024

155. Structural composite fan exit guide vane for a turbomachine. Patent No.: EP2562361 A1. Nicholas D. Stilin. United Technologies Corporation, 2013.

156. Sung Yi, Harry H. Hilton, M. Fouad Ahmad. Cure-cycle simulations of composites with temperature- and cure-dependent anisotropic viscoelastic properties and stochastic delaminations // Mechanics of Composite Materials and Structures. - 1998. - Vol. 5, No. 1. - pp. 81-101. doi:10.1080/10759419808945894

157. T.S. Mesogitis, A.A. Skordos, A.C. Long. Uncertainty in the manufacturing of fibrous thermosetting composites: A review // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2014. - Vol. 57. - pp. 67-75. doi:10.1016/j.compositesa.2013.11.004

158. V. Kaushik, J. Raghavan. Experimental study of tool-part interaction during autoclave processing of thermoset polymer composite structures // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2010. - Vol. 41, No. 9. - pp. 1210-1218. doi:10.1016/j.compositesa.2010.05.003

159. Verrilli M. J., Robinson R. C., Calomino A. M. Ceramic matrix composite vane subelements tested in a gas turbine environment [Электронный документ] // Technical Report. NASA Glenn Research Center, Cleveland, OH, USA. - 2003. (http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20050192260). Проверено 06.10.16.

160. Verrilli M., Calomino A., Thomas D. J., Robinson R. C. Characterization of ceramic matrix composite vane subelements subjected to rig testing in a gas turbine environment [Электронный документ] // Fifth International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites. -2004. (http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20050198903). Проверено 06.10.16.

161. Wang Y., Soutis C., Hajdaei A., Hogg P.J. Finite element analysis of composite T-joints used in wind turbine blades // Plastics, Rubber and Composites. - 2015. - V. 44, No. 3. - pp. 87-97. doi: 10.1179/1743289814Y. 0000000113

162. Warwick G. Carbon redux // Aviation Week & Space Technology. -Vol. 175. - No. 24. - P. 27

163. Watanbe K, Suzumura N., Nakamura T., Murata H., Araki T., and Natsumura T. Development of CMC Vane for Gas Turbine Engine // Ceramic Engineering and Science Proceedings. - 2003. - Vol. 24, No. 4. - pp. 599-604.

164. X. Zeng, J. Raghavan. Role of tool-part interaction in process-induced warpage of autoclave-manufactured composite structures // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. - 2010. - Vol. 41, No. 9. - pp. 1174-1183, doi:10.1016/j.compositesa.2010.04.017

165. Z.-R.Chen, L. Ye, M. Lu. Permeability predictions for woven fabric preforms // Journal of Composite Materials. - 2010. - Vol. 44, No. 13. - pp. 15691586. doi: 10.1177/0021998309355888