Двухмерный расчет. Тепловая задача.
Тепловой расчет диска произведен в модуле Steady-State Thermal. Граничные условия представлены на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Граничные условия тепловой задачи.
В результате теплового расчета получено поле распределения температур рис. 5.2. Разница температур на ободе и ступице 585°C.
Рис 6.2. Поле распределения температур в меридиональном сечении диска.
Двухмерный расчет напряженно-деформированного состояния диска.
Расчет напряженно-деформированного состояния диска произведен в модуле Static Structural.
Внешней нагрузкой является инерционная нагрузка (частота вращения диска) и портированное из предыдущего расчета поле температур. В результате получены абсолютные деформации (рис. 7.1.), эквивалентные напряжения (рис. 7.2.), эквивалентные пластические деформации (рис.7.3.)
Рис. 7.1. Абсолютные деформации.
Рис. 7.2. Эквивалентные напряжения.
Рис. 7.3. Эквивалентные пластические деформации.
Выходными данными для оптимизационного расчета являются эквивалентные напряжения и площадь сечения диска.
Оптимизация геометрических параметров диска.
Оптимизация параметров произведена с использованием модуля Goal driven optimization программного пакета Ansys Workbench.Оптимизировались параметры Øa; Øb; i; j (см. рис. 1.1.). Основой для постановки численного эксперимента служит расчет напряженно-деформированного состояния двухмерной модели диска, описанный в предыдущем разделе. Оптимизация производилась с позиции уменьшения эквивалентных напряжений в диске, а так же уменьшения массы. Так как в двумерной постановке невозможно вычислить объем, характеристикой массы диска будем считать площадь его меридионального сечения.
Для проведения оптимизации проведен численный полнофакторный эксперимент. Количество входных параметров равно 4 (Øa; Øb; i; j), следовательно количество экспериментов N=2n=24=24 плюс одна точка с первоначальными данными. План эксперимента представлен в таблице 8.1.
Таблица 8.1.
Update Order |
P1 - i |
P2 - j |
P3 - Da |
P4 - Db |
P5 - Equivalent Stress Maximum Maximum Value Over Time (Pa) |
P6 - Geometry Surface Area(approx.) (m^2) |
1 |
122,139 |
42,75 |
71,25 |
101,78 |
8,76E+08 |
0,014193 |
2 |
126,1532 |
39,73952 |
66,23253 |
94,61259 |
8,79E+08 |
0,014324 |
3 |
126,1532 |
39,73952 |
66,23253 |
108,9474 |
8,66E+08 |
0,015563 |
4 |
126,1532 |
39,73952 |
76,26747 |
94,61259 |
8,91E+08 |
0,013058 |
5 |
126,1532 |
39,73952 |
76,26747 |
108,9474 |
8,71E+08 |
0,014297 |
6 |
126,1532 |
45,76048 |
66,23253 |
94,61259 |
8,73E+08 |
0,014697 |
7 |
126,1532 |
45,76048 |
66,23253 |
108,9474 |
8,53E+08 |
0,015849 |
8 |
126,1532 |
45,76048 |
76,26747 |
94,61259 |
8,91E+08 |
0,013431 |
9 |
126,1532 |
45,76048 |
76,26747 |
108,9474 |
8,72E+08 |
0,014583 |
10 |
135,71 |
38,475 |
71,25 |
101,78 |
8,71E+08 |
0,014962 |
11 |
135,71 |
42,75 |
64,125 |
101,78 |
8,6E+08 |
0,016138 |
12 |
135,71 |
42,75 |
71,25 |
91,602 |
8,79E+08 |
0,014225 |
13 |
135,71 |
42,75 |
71,25 |
101,78 |
8,63E+08 |
0,015172 |
14 |
135,71 |
42,75 |
71,25 |
111,958 |
8,51E+08 |
0,016118 |
15 |
135,71 |
42,75 |
78,375 |
101,78 |
8,76E+08 |
0,014205 |
16 |
135,71 |
47,025 |
71,25 |
101,78 |
8,63E+08 |
0,01539 |
17 |
145,2668 |
39,73952 |
66,23253 |
94,61259 |
8,72E+08 |
0,015752 |
18 |
145,2668 |
39,73952 |
66,23253 |
108,9474 |
8,57E+08 |
0,017265 |
19 |
145,2668 |
39,73952 |
76,26747 |
94,61259 |
8,75E+08 |
0,014294 |
20 |
145,2668 |
39,73952 |
76,26747 |
108,9474 |
8,56E+08 |
0,015807 |
21 |
145,2668 |
45,76048 |
66,23253 |
94,61259 |
8,58E+08 |
0,016069 |
22 |
145,2668 |
45,76048 |
66,23253 |
108,9474 |
8,42E+08 |
0,017496 |
23 |
145,2668 |
45,76048 |
76,26747 |
94,61259 |
8,76E+08 |
0,014611 |
24 |
145,2668 |
45,76048 |
76,26747 |
108,9474 |
8,53E+08 |
0,016038 |
25 |
149,281 |
42,75 |
71,25 |
101,78 |
8,54E+08 |
0,016239 |
Влияние параметров на эквивалентные напряжения представлены на рис 8.1.
Рис 8.1.
Влияние параметров на площадь сечения диска представлено на рис 8.2.
Рис 8.2.
Для расчета оптимальной точки наивысший приоритет имела минимизация напряжений. Параметры оптимальной точки представлены в таблице 8.2.
Таблица 8.2.
Update Order |
P1 - i |
P2 - j |
P3 - Da |
P4 - Db |
P5 - Equivalent Stress Maximum Maximum Value Over Time (Pa) |
P6 - Geometry Surface Area(approx.) (m^2) |
1 |
147,1 |
46,28 |
69,2 |
110,6 |
840200380 |
0,01741 |