Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Дудник Татьяна Анатольевна. Моделирование и исследование напряженно - деформированного состояния узлов и деталей турбомашин для оценки их трещиностойкости: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.04.12 / Дудник Татьяна Анатольевна;[Место защиты: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»].- Санкт-Петербург, 2012.- 18 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. Строительство электростанций в густонаселенных районах страны, рост единичных мощностей, габаритов и интенсификация условий эксплуатации различных теплоэнергетических установок предъявляют повышенные требования к безопасности и надежности их работы.

Несмотря на постоянно совершенствующуюся технологию изготовления крупных ответственных деталей и узлов, невозможно обеспечить отсутствие начальных дефектов (включения, флокены, трещины, и т.п.). Кроме того, также существует опасность образования трещин в процессе эксплуатации, особенно в местах всевозможных концентраторов напряжений.

Особые опасения с точки зрения возможного разрушения вызывают детали, вращающиеся с большими частотами, и прежде всего, наиболее металлоемкие и высоконагруженные роторные валы различных турбоустановок. Их разрушение может приводить к тяжелым последствиям.

Существующие в настоящее время требования на допустимые размеры металлургических дефектов валов основаны, в основном, на возможностях металлургической промышленности, а не на каких-либо расчетно-экспериментальных исследованиях. В отдельных случаях это может приводить, как к заведомо низкой эксплуатационной надежности деталей, так и к забраковыванию дорогостоящих поковок из-за дефектов, размеры, количество и расположение которых либо не влияют на прочность деталей, либо влияют незначительно. Обосновать требования на допустимые размеры и взаимное расположение множественных дефектов в крупных валах турбоагрегатов можно на основании исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) валов с дефектами при рабочих нагрузках.

Несмотря на успехи, достигнутые в прикладной механике разрушения, в настоящее время для высоконагруженных крепежных изделий энергетических установок у нас и за рубежом отсутствуют Нормы расчета на хрупкую прочность. Это обстоятельство диктует актуальность разработки предложений по нормированию расчетов резьбовых соединений на хрупкую прочность.

Сложность расчета НДС роторных валов и крупногабаритных резьбовых соединений турбомашин с трещинами обуславливает необходимость экспериментального исследования этих деталей и узлов с целью обоснования их прочности.

Цель работы. Разработка методик решения задач механики разрушения узлов и деталей турбомашин, применение которых повысит степень обоснованности технических решений, направленных на обеспечение эксплуатационной надежности создаваемых и модернизируемых турбоустановок.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана методика моделирования НДС конструкций и деталей сложной

формы, содержащих трещины, с учетом их конструктивных особенностей и условий нагружения;

- предложена методика фотоупругого определения коэффициентов интенсивности
напряжений (КИН) трех типов Кь Кп и Кш ;

установлено влияние геометрических параметров резьбы на напряженно-деформированное состояние резьбовых соединений энергетического оборудования;

экспериментально определены КИН резьбовых соединений, работающих по схемам «шпилька - гайка» и «корпус - шпилька»;

впервые определен размер гипотетической трещины в поверочном расчете резьбовых соединений на хрупкую прочность;

проведены экспериментальные исследования на фотоупругих моделях взаимодействия поверхностных, внутренних и поверхностно-внутренних коллинеарных дефектов в крупногабаритных деталях турбомашин;

установлена возможность выделения из числа множественных дефектов одиночных, взаимодействующих и объединяемых. Предложена методика определения критериев этой классификации.

рассмотрены вопросы прочности роторных валов при наличии в них внутренних и поверхностных дефектов. Предложено определять требования к допустимым дефектам дифференцировано по зонам. Разбивка на зоны осуществляется по напряженному состоянию вала и характеристикам трещиностойкости его материала;

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается выполненным значительным объёмом научно обоснованных экспериментальных исследований, корректностью методики обработки опытных данных, применением апробированных методов теории подобия и моделирования НДС деталей и узлов турбомашин.

Практическая ценность состоит в том, что:

- разработанная методика экспериментального исследования НДС деталей и
узлов, содержащих трещины, может быть использована для решения прикладных задач
механики разрушения не только применительно к деталям и узлам турбомашин и
турбоустановок, но и любых конструкций с дефектами различного происхождения;

- установлено влияние геометрических параметров резьбы на НДС крупно
габаритных резьбовых соединений турбомашин. Даны рекомендации по повышению
сопротивляемости хрупким и малоцикловым усталостным разрушениям высокопрочных
соединений турбомашин за счет оптимизации геометрических параметров резьбы;

экспериментально определенные КИН резьбовых соединений, работающих по схеме «шпилька-гайка» и «корпус-шпилька» могут быть использованы при разработке Норм для расчета хрупкой прочности крепежных деталей энергетического оборудования. Сформулированы предложения для разработки таких Норм;

на базе полученных в работе результатов исследования определены требования к

допустимым размерам металлургических дефектов и расстояниям между ними в ротор-

ных валах турбомашин;

разработанная методика оценки допустимых размеров дефектов может быть использована для количественной оценки эксплуатационной надежности деталей турбомашин и турбоустановок, имеющих отклонения от условий поставки по размерам металлургических дефектов;

полученные экспериментальные данные значений КИН в условиях взаимодействия внутренних, поверхностных и поверхностно-внутренних трещиноподобных дефектов могут быть использованы для оценки прочности различных объектов, содержащих множественные трещиноподобные дефекты.

Реализация результатов работы.

Результаты работы внедрены в ЗАО «НПФ «Невинтермаш» для расчета эксплуатационной надежности резьбовых соединений и роторов при модернизации существующих центробежных компрессоров и нагнетателей.

Результаты работы могут быть внедрены в ОАО «Силовые машины» при выборе оптимального материала и геометрии резьбы по критериям линейной механики разрушения с целью повышения работоспособности резьбовых соединений, а также при оценке прочности крупных роторных валов.

Разработанная методика оценки допустимых размеров дефектов может быть реализована в ОАО «Ижорские заводы» для расчета эксплуатационной надежности крупных деталей, имеющих отклонения от условий поставки по размерам металлургических дефектов, а также при выполнении поверочных расчетов резьбовых соединений узла уплотнения главного разъема серийных реакторов на хрупкую прочность.

Апробация. Основные результаты работы были доложены и обсуждены:

- на региональной научно-практической конференции молодых ученых и
студентов старших курсов высших учебных заведений Санкт-Петербурга, Волгограда,
Новгорода и Пскова «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного
производства» (СПб., 14-16 мая 2008 г.);

- на Международной научно-технической конференции «Актуальные задачи
машиноведения, деталей машин и триботехники» (СПб., 27-28 апреля 2010 г.);

на научном семинаре кафедры «Теория механизмов и детали машин» ПИМаш (СПб., 2008 г.);

на научном семинаре кафедры «Турбиностроение и средства автоматики» ПИМаш (СПб., 2012г).

на научном семинаре кафедр «Турбинные установки и двигатели» и «Сопротивление материалов» СПбГПУ (СПб., 2012г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 3 статьи в рецензируемых изданиях по списку ВАК и 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 176 страниц текста, в том числе 65

рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 159 наименований.

На защиту выносятся следующие основные положения:

методика моделирования НДС конструкций и деталей, содержащих трещины, методом фотоупругости; фотоупругий метод определения КИН Кь Кп и Кш; результаты экспериментального исследования НДС крупногабаритных резьбовых соединений турбомашин; результаты экспериментального определения КИН резьбовых соединений турбомашин; предложения для нормирования поверочных расчетов резьбовых соединений на хрупкую прочность; результаты исследования взаимодействия поверхностных, внутренних и поверхностно-внутренних дефектов на объемных фотоупругих моделях; классификация дефектов на одиночные, взаимодействующие и объединяемые; методика и результаты оценки допустимых размеров дефектов и допустимых расстояний между ними в заготовках роторных валов турбомашин.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net