Министерство образования и науки,

молодёжи и спорта Украины

Запорожский национальный технический университет

Кафедра ТАД

Отчет о практических занятиях

по предмету:

"Численные методы расчетов в авиационном двигателестроении"

Выполнила: студентка гр. М-719 Белка А.А.

Приняла: Прибора Т.И.

2012

ВВЕДЕНИЕ

Современный газотурбинный двигатель должен обладать высокими параметрами энерговооруженности, эффективности и экологичности. Узлы двигателя испытывают огромные нагрузки от давления и температуры, и создание надежно работающих двигателей не представляется возможным без применения современных методов расчета.

Система ANSYS - это гибкое и надежное средство проектирования и анализа. Многоцелевая направленность программы позволяет использовать одну и ту же модель для решения таких связанных задач, как прочность при тепловых нагрузках, влияние магнитных полей на прочность конструкции, тепломассоперенос в электромагнитном поле.

В данных практических занятиях по курсу «Численные методы расчетов в авиадвигателестроении» основное внимание было сосредоточено на тепловом анализе и анализе собственных колебаний для моделей. Семейство программных продуктов ANSYS в области механики деформируемых твердых тел позволяет выполнять как общие расчеты, так и глубокий детализированный анализ. Широкие возможности моделирования могут быть использованы для проведения всевозможных видов анализа от линейного до нелинейного междисциплинарного анализа. Инструменты моделирования компании с широко используются в различных отраслях промышленности пользователями с различными знаниями от инженеров-разработчиков до узких специалистов благодаря тому, что включают в себя полный набор линейных и нелинейных элементов, материалов от металла до резины и наиболее полный набор доступных решателей. В дополнение к этому адаптивная архитектура инструментов моделирования ANSYS обладает гибкостью в настройке рабочей среды под потребности пользователя и позволяет осуществлять взаимодействие с другими инструментами, как с внутренними, так и с инструментами сторонних производителей.

Практическая работа №1

Модальный анализ деталей на примере несущих площадей самолётов

Цель: Изучить возможности и основные концепции модального анализа деталей.

Постановка задачи: Проработать основные задачи, которые решаются с помощью модального анализа, на примере модели крыла самолёта. Определить собственные частоты колебаний крыла.

Ход работы

Сечение крыла образуется двумя прямыми линиями со скруглениями в местах аэродинамических изгибов. Крыло закреплено с одного конца (на фюзеляже самолёта), т.е. ограничено по всем степеням свободы – задаем нулевое перемещение по всем направлениям в этой точке. С другого конца крыло свободно. Крыло изготовлено из полиэтилена низкой плотности с модулем Юнга 3,8∙10⁵, с числом Пуассона 0,3 и плотностью 8,3 г/см³ – изотропное твердое тело с постоянными свойствами.

Рисунок 1.1 – Модель крыла самолета

1. Построение геометрической модели.

Выполнение задачи начали с построения геометрической модели крыла. Для этого в системе ANSYS 10.0 построили точки по заданным координатам, нумеруя каждую из них порядковым номером.

Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints →

→ In Active CS

Координаты точек соответственно:

Точка 1 – А(0,0,0);

Точка 2 – В(2,0,0);

Точка 3 – C(2.3,0.2,0);

Точка 4 – D(1.9,0.45,0);

Точка 5 – E(1,0.25,0).

Далее построили линии, соединяющие точки и образующие сечение крыла.

Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Lines → Lines → Straight Line

Таким образом получили две прямых, соединяющих точки 1 и 2, 5 и 1.

Система ANSYS обеспечивает плавные изгибы в сопряжениях. Для этого необходимо задать опцию Spline:

Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Lines → Splines

→ With Options Spline → Spline thru KPs

Для значений XV1, YV1, ZV1 необходимо задать -1, 0, 0.

Для значений XV6, YV6, ZV6 необходимо задать -1, -0.25, 0.

Далее по имеющимся плавно скруглённым линиям создали площадь:

Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary → By lines

Рисунок 1.2 – Площадь, созданная по линиям модели

После создания площади сечения необходимо задать свойства материала модели.

В разделе Main Menu → Preferences отметили тип свойств Structural. Затем перешли в задание свойств материала детали:

Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models

И выбрали опции Structural, Linear, Elastic, Isotropic. Задали значение модуля Юнга 3.8Е11 и число Пуассона 0.3. Значение плотности (Density) задали 8.3Е3.

1.2 Построение сетки секции крыла

Для начала работы с сеткой конечных элементов нужно в первую очередь определить тип составных элементов. Для этого мы добавили тип твёрдотельного плоского элемента Plane42 и объемного Solid45.

Далее перешли непосредственно к созданию сетки секции крыла. Произвели разбивку модели на элементы с длиной грани 0.25. Разбили полностью всю площадь модели на сетку из четырёхузловых элементов.

Следующим шагом было преобразование имеющейся площади с сеткой в объемную трёхмерную фигуру. Данный эффект был достигнут путем присвоения элементу Plane42 номера 2 в нумерации типов, после чего плоскость была протянута для образования объемной модели.

Вытягивание произвели вдоль оси Z на значение 10.

Полученную объемную модель отобразили в трёхмерном изображении для большей наглядности.

Рисунок 1.3 – Объемная трехмерная модель крыла