Моделирование методом сглаженных частиц повреждения посторонними предметами полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя

Авторы

Нихамкин М. Ш.^*, Воронов Л. В.^**, Любчик О. Л.^***

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: nikhamkin@mail.ru
**e-mail: leonid-v-voronov@yandex.ru
***e-mail: olga-l-voronova@yandex.ru

Аннотация

Статья посвящена проблеме обеспечения стойкости к баллистическим повреждениям посторонними предметами лопаток вентилятора газотурбинных двигателей. Разработана и верифицированиа по результатам специальных экспериментов методика численного моделирования высокоскоростного повреждения камнем входной кромки полой титановой лопатки вентилятора с использованием бессеточного метода сглаженных частиц. Методика позволяет исследовать процессы высокоскоростного соударения лопатки с повреждающим предметом, учитывает деформационное и скоростное упрочнение, возможность разрушения лопатки и повреждающего предмета, позволяет получать геометрические параметры повреждения, поля остаточных напряжений и  деформаций.

Ключевые слова

лопатка вентилятора, повреждение посторонними предметами, метод конечных элементов, бессеточный метод сглаженных частиц

Библиографический список

1. Иноземцев А.А., Мулюков Р.Р., Сафиуллин Р.В., Круглов А.А., Лутфуллин Р.Я, Кокшаров Н.Л., Харин С.А., Морозов М.А. Перспективная технология изготовления полой широкохордной лопатки вентилятора. Нанотехнологии и наноматериалы Пермского края: Сборник статей / Под общей редакцией Анциферова В.Н. — Пермь, Пермский ЦНТИ, 2009, с. 61-65.
2. Валиахметов О.Р., Галлеев Р.М., Иванько В.А., Иноземцев А.А., Имаев Р.М., Кокшаров Н.Л., Круглов А.А., Лутфуллин Р.Я, Мулюков Р.Р., Назаров А.А., Сафиуллин Р.В., Харин С.А. Использование наноструктурных материалов и нанотехнологий для создания полых конструкций. «Российские нанотехнологии», 2010, том 5, № 1-2, с. 102-111.
3. Петухов А.Н. Свободная от недостатков предшественников. Двигатель, 2005, № 5, с. 14-15.
4. Сиротин Н.Н. Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинных двигателей. — М.: РИА «ИМ-Информ», 2002, 442с.
5. Hudak, S.J., Jr. and Chell, G.G. (1999) — A damage Tolerance Approach to FOD Based on the «Worst Case Notch» Concept, in the Proceedings of the 4th National Turbine Engine High Cycle Fatigue Conference, Monterey, CA, February 1999.
6. Duo´ P., Nowell D., Schofield J. Assessment of foreign object damage (FOD) to aero engine blades. In: Proceeding of the 9th National Turbine Engine HCF Conference, Pinehurst, NC., 2004.
7. Nowell D., Duó P., Stewart I.F. Prediction of fatigue performance in gas turbine blades after foreign object damage.- International Journal of Fatigue, 25, 2003, pp. 963-969.
8. Guan Yupu, Zhao Zhenhua, Chen Wei, Gao Deping. Foreign Object Damage to Fan Rotor Blades of Aeroengine. Part II: Numerical Simulation of Bird Impact. — Chinese Journal of Aeronautics, 21, 2008, рp. 328-334.
9. Meguid S.A., Mao R.H., Ng T.Y. FE analysis of geometry effects of an artificial bird striking an aeroengine fan blade. — International Journal of Impact Engineering, 35, 2008, pp. 487–498.
10. Shmotin Y.N., Chupin P.V., Gabov D.V., Ryabov A.A., Romanov V.I., Kukanov S.S. Bird strike analysis of aircraft engine fan, 7th European LS-DYNA Conference, 2009.
11. Nikhamkin M.S., Voronov L.V., Semenova I.V. Foreign object damage and fatigue strength loss in compressor blades // Proceedings of ASME Turbo Expo 2008 «Power for Land, Sea and Air GT2008». — Berlin, 2008. — GT2008-51493.
12. Nikhamkin M.S., Voronov L.V., Semenova I.V. Effect of blade geometry and foreign object kinetic energy on blades damage // Proceedings of ASME Turbo Expo 2010 «Power for Land, Sea and Air GT2010». — Glasgow, 2010. — GT2010-22425.
13. Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Любчик О.Л., Гладкий И.Л. Экспериментальная верификация моделей деформационного поведения и высокоскоростного разрушения титанового сплава ВТ6. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2011, т. 13, № 4(4), c. 991-997.
14. Нихамкин М.Ш., Семенова И.В., Любчик О.Л., Гладкий И.Л. Моделирование повреждения посторонними предметами полых лопаток вентилятора ГТД. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2011, т. 13, № 1(2), c. 226-229.
15. Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Семенова И.В. Конев И.П., Плотников Ю.И Сараева Л.В. Снижение усталостной прочности лопаток компрессора ГТД при повреждении посторонними предметами. Авиационная промышленность, 2008, № 1, с. 21-24.
16. Нихамкин М.Ш., Семенова И.В. Концентрация напряжений в лопатках компрессора при повреждении их посторонними предметами. Известия Вузов Авиационная техника. 2011, № 4, с. 3-6.
17. Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Семенова И.В. Экспериментальное исследование процесса повреждения лопаток ГТД посторонними предметами. Авиационная промышленность, 2010, № 3, с. 16-19.
18. Stellingwerf R.F., Wingate C.A. Impact modeling with smooth particle hydrodynamics. Los Alamos National Laboratory, MS F645, Los Alamos, NM 87545.
19. Hallquist J. LS-DYNA Theoretical Manual — Livermore Software Technology Corporation — 1999, 498 p.
20. Chen X. Foreign object damage on the leading edge of a thin blade. Mechanics of Materials, 37, 2005, pp. 447–457.
21. Dietenberger M., Buyuk M., Kan C-D. Development of a high strain-rate dependent vehicle model. LS-DYNA Anwenderforum, Bamberg, 2005, B-III-1-10.
22. Johnson G.R. and Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strain, high strain rates and high temperatures. In: Proceedings 7th International Symposium on Ballistics, Hague, 1983, pp. 541-547.
23. Lesuer D.R., Experimental Investigations of Material Models for Ti-6Al-4V Titanium and 2024-T3 Aluminum, U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, DOT/FAA/AR-00/25, 2000, 41p.
24. Котяхов Ф.И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. М., «Недра», 1977, 287 с.

Скачать статью