Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета определили наиболее уязвимые участки вала авиационной турбины, на которые во время работы приходятся пиковые нагрузки. Полученные результаты помогут конструкторам точнее рассчитывать ресурс деталей и определять зоны, требующие усиления. Об этом ТАСС сообщили в пресс-службе ПНИПУ.
Читайте: Россиянам готовят новые запреты: что изменится уже в ближайшее время
Для исследования ученые разработали цифровую модель вала, в которой воспроизвели его геометрию, размеры, используемые материалы и особенности закрепления элементов. Затем детали испытывали в виртуальной среде, моделируя разные этапы эксплуатации самолета. Расчеты проводились для условий взлета, посадки и полета.
Моделирование показало, что механические напряжения возникают в конструкции неравномерно. Наиболее высокие значения были зафиксированы в нескольких поперечных сечениях вала. В первую очередь речь идет об участках изменения геометрии детали, местах ее закрепления и соединения контактирующих поверхностей. Именно там формируется сложное напряженное состояние, которое трудно точно определить при помощи аналитических расчетов.
Как пояснила доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ПНИПУ Елена Кузнецова, выявленные участки испытывают максимальные нагрузки и поэтому являются наиболее уязвимыми. Исследование позволило установить расположение таких зон с помощью численного моделирования. При традиционном подходе оценить возникающее в них сочетание напряжений значительно сложнее.
Вал является частью авиационного двигателя и вращается под действием энергии горячих газов, которые расширяются и приводят в движение лопатки. Во время эксплуатации на него одновременно воздействуют несколько видов нагрузки. Деталь подвергается кручению, растяжению и центробежным силам, а при выполнении самолетом маневров дополнительное воздействие приходится на крепления.
Сочетание этих факторов способно создавать локальные участки с повышенной концентрацией напряжений. При слишком высокой нагрузке на отдельную зону увеличивается риск повреждения детали. Пофакторный анализ прочности не всегда позволяет выявить подобные участки, поскольку в реальных условиях различные нагрузки воздействуют на конструкцию одновременно и связаны между собой.
Для решения этой задачи исследователи предложили комплексный метод анализа прочности вала, при котором все действующие нагрузки учитываются одновременно. Такой подход позволяет определить участки, где конструкцию необходимо усилить. Одновременно можно выявить зоны, в которых дополнительное усиление не требуется, что дает возможность избежать ненужного увеличения массы детали за счет топологической оптимизации ее геометрии.
Результаты исследования могут использоваться при проектировании летательных аппаратов для более точной оценки ресурса деталей. Кроме того, специалисты получили новые количественные данные. В дальнейшем они могут помочь усовершенствовать условия испытаний элементов авиационных конструкций в рамках опытно-конструкторских работ.
Читайте также:
- В платежках за ЖКХ появятся новые начисления: что уже изменилось для россиян
- Пенсии в России резко вырастут с августа: кто получит прибавку уже летом
- Миллионы россиян столкнутся с новыми правилами: что изменится для ваших денег
