6 Оптимизация термонапряженного состояния.
В связи с тем, что спроектированная лопатка не удовлетворяет нормам прочности будем корректировать расход охлаждающего воздуха. Существует три способа уменьшения напряжений и достижения требуемого коэффициента запаса:
-применение более высокопрочного материала
-изменение величины ресурса изделия
-изменение расхода охлаждающего воздуха
Применение более высокопрочного материала приведет к резкому увеличению стоимости изделия, уменьшение ресурса также невыгодно с экономической точки зрения, поэтому целесообразно воспользоваться изменением расхода охлаждающего воздуха.
Для того чтобы определить в какую сторону изменять расход произведем предварительно расчет термонапряженного состояния неохлаждаемой лопатки.
6.1 Расчет температурного поля неохлаждаемой лопатки
Создаем файл исходных данных vova0.tm:
-9 1– тип задачи (стационарная, плоская)
0
1 8– количество отрезков задания теплоотдачи
5 23 43 53 71 74 105 139
6172.576 коэффициент теплоотдачи на вх. кромке
2135.762 коэффициент теплоотдачи на ср. части спинки
2669.702 коэффициент теплоотдачи на вых. части спинки
2448.825 коэффициент теплоотдачи на вых. части корыта
2828.244 коэффициент теплоотдачи на ср. части корыта
6172.576 коэффициент теплоотдачи на вх. кромке
0 коэффициент теплоотдачи в 1-м канале
0 коэффициент теплоотдачи во 2-м канале
1 2 количество отрезков задания температуры среды
74 139– границы отрезков задания температуры среды
1067 греющая температура
448 охлаждающая температура
800 700 1000– ожидаемая температура лопатки, 1-я и 2-я температуры задания теплофизических свойств материала
22– коэффициент теплопроводности при 1-й температуре (700˚С)
28– коэффициент теплопроводности при 2-й температуре (1000˚С)
4100– с∙ρ при 1-й температуре (700˚С)
6400– с∙ρ при 2-й температуре (1000˚С)
После сохранения файла запускаем программу “Расчет температурного поля” GRID2.EXE. Результаты расчета vova0.tеm.
Указываем vova0.tm и имя файла, содержащего данные о разбивке профиля лопатки в среднем сечении на сетку конечных элементов – vova.set. Результат программа заносит в файл vova0.tеm. Для визуального просмотра температурного поля запускаем программу “Изображение поля” Izol.exe, которая осуществляет построение на экране монитора до 16 изолиний поля параметра, рассчитанного в узлах триангуляционной сетки (рисунок 6.1). Заносим в командную строку
поочередно следующие файлы: Izol.exe vova.set vova0.tem
Рисунок 6.1 – Распределение изотермических полей температур в неохлаждаемой лопатке.
6.2 Расчет термонапряженного состояния неохлаждаемой лопатки
Расчет термонапряженного состояния выполняем с помощью программы GRID3.EXE. Исходный файл SETAX.DAT (см. подпункт 5.3).
После запроса указываем имя файла, содержащего данные о температурном поле лопатки (vova0.tem). Результат будет занесен в файл с именем vova0.sig. Для визуального просмотра поля напряжений (рисунок 6.2). заносим в командную строку поочередно следующие файлы:
Izol.exe vova.set Sig.dat
Рисунок 6.2–Поле напряжений в неохлаждаемой лопатке
Для определения критической точки в сечении лопатки и минимального коэффициента запаса прочности запускаем файл ANALYZE.EXE. Выбираем результаты расчета для анализа: на данном этапе – это vova.sig и vova0.sig
Анализ термонапряженного состояния охлаждаемой лопатки помещен на рисунках 6.3 и 6.4.
Рисунок 6.3– Максимальные напряжения и минимальный запас прочности без ползучести при ресурсе τ = 1875 часов.
Рисунок 6.4– Диаграмма “Т – σ” для 1875 часов.
Анализируя полученную диаграмму делаем вывод что для увеличения запаса прочности в критической точке необходимо уменьшать расход охлаждающего воздуха. В результате уменьшения величины расхода на 30% удалось добиться максимального значения коэффициента запаса прочности 1,134, что не удовлетворяет нормам прочности. Дальнейшее уменьшение либо увеличение расхода охлаждающего воздуха ведет к уменьшению коэффициента запаса прочности. В связи с чем, было принято решение изменить значение величины ресурса τ. Новое значение составило 833ч. Изменения были внесены в исходный файл SETAX.DAT.
6.3 Расчет температурного поля оптимизированной лопатки
Создаем файл исходных данных vova10.tm:
-9 1
0
1 8
5 23 43 53 71 74 105 139
6172.576 коэффициент теплоотдачи на вх. кромке
2135.762 коэффициент теплоотдачи на ср. части спинки
2669.702 коэффициент теплоотдачи на вых. части спинки
2448.825 коэффициент теплоотдачи на вых. части корыта
2828.244 коэффициент теплоотдачи на ср. части корыта
6172.576 коэффициент теплоотдачи на вх. кромке
2218.78 коэффициент теплоотдачи в 1-м канале
2188.77 коэффициент теплоотдачи во 2-м канале
1 2
74 139
1067 греющая температура
448 охлаждающая температура
800 700 1000
22
28
4100
6400
После сохранения файла запускаем программу “Расчет температурного поля” GRID2.EXE. Результаты расчета vova10.tеm.
Указываем vova10.tm и имя файла, содержащего данные о разбивке профиля лопатки в среднем сечении на сетку конечных элементов - vova.set. Результат программа заносит в файл vova10.tеm. Для визуального просмотра температурного поля запускаем программу “Изображение поля” Izol.exe, которая осуществляет построение на экране монитора до 16 изолиний поля параметра, рассчитанного в узлах триангуляционной сетки (рисунок 6.1). Заносим в командную строку
поочередно следующие файлы: Izol.exe vova.set vova10.tem
Рисунок 6.5 – Распределение изотермических полей температур в оптимизированной лопатке.