автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Разработка и применение методики расчета напряженного состояния корпуснных деталей турбин и энергооборудования сложной формы

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ им. И. И. ПОЛЗУНОВА (НПО ЦКТИ)

На правах рукописи УДК 621.165

ДИДЕНКО Нелли Измаиловна

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ

МЕТОДИКИ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБИН И ЭНЕРГООБОРУДОВАНИЯ СЛОЖНОЙ ФОРЛ Л

Специальность 05.04.12 — Турбомашины и турбоустановки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 8 АВГ В»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1994

Работа выполнена в Научно-производственном объединении по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ).

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор Я. Я. Шабров.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. Л. Кузнецов;

кандидат технических наук Я. Ю. Исаков.

Ведущее предприятие — Акционерное общество «Ленинградский металлический завод».

Защита состоится ,2^-'—- 1994 г. в Л1.-ч

на заседании специализированного совета НПО ЦКТИ Д 145.01.01 по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 24, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПО ЦКТИ.

Автореферат разослан —С- 1994 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в одном экземпляре просим направить в адрес специализированного совета НПО ЦКТИ: 193167, Санкт-Петербург, Атаманская ул., д. 3. *'

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

В. С, Назаренко

ОБЩШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Успешное выполнение энергетической про-грамгги Рооода зависит от уровня развитая шгоргетачоского машшост-роения.Прн проектировании совреманных турбин и энвргооборудова-нкя, работающего при высоках значениях давления и температуря, по-повшпаатся требования к расчету напряженно-дефоршроваишго соого-яния (НДС). Постоянно актуален вопрос уточнения ресурса турботшт.

Широко применяемые в настоящее время индивидуальные методики для расчета НДС корпусных деталей связаны, как правило, с упрощаю -щяш предаологениями, что приводит к недостаточной достоверности результатов и снижает обоснованность конструкторских решении. Изготовление яе изделий с завншенными запасами прочности приводит к росту металлоемкости, удорожанию и снижению их технологичности.

Это определяет актуальность развитая методологии расчетного исследования НДС корпусных деталей в постановка наиболее приближенной к реальной.

Цвльи работа является развитие и применение методики комплексного анализа пространственного НДС корпусных деталей турбин и энергетического оборудования сложной формы. Для этого используются трехмерная и оригинальная оболочечная программные системы с учетом ползучести материала. Анализ результатов позволяет сформулировать обоснованные предложения по совершенствовании формы деталей.

Метода исследования; расчеяно-теоретические, включавдиэ разработку математических моделей систем, создание алгоритмов и программ, вычислительный эксперимент, проведение конкретных расчетов а сравнительный анализ НДС деталей турбш и енергооборудования.

Научная новизна. разработана универсальная методика математического моделирования и расчетного исследования НДС сложных пространственна! деталей на основе применении трехмерных и оболочеч-ных схем. Методика включает разработку топологических схем, выбор

пространственно-временных сеток и оценку достоверности результатов. Создана программная система расчета НДЗ конструкций с исполь-вованиэм криволинейного оболочочного Блонанта и о учэтом поуота-нэвившейся ползучести. Исследовано влияние различных условий па-гружанзл и конструктавних параметров шз ЦДС , обоснованы пути совершенствования ряда корпусных деталей клапанов, деаэраторов п дисков турбш. Оценены рост деформаций тонкостенных конструкций и перераспределите нанрянэгшй в толстостенных с учетом нвусташ-вишоЕся ползучести. Преджоаен ускоренный алгоритм поиска оптимальной толщины тонкостенных пространственных деталей.

Практическая ценность работы. Предложены комплексные метода расчетного исследования НДС существущих и проектируемых неосо -симметричных корпусных деталей турбкн н шергооборудования. Создан доступный и наглядный баше НДС рада деталей турбошшн под действием различных нагрузок. Результата, внвода в рэкомэядацки работы использованы при усовершенствовании клапанов турС а К-800, К-315, К-300.К-225, ВТ-25, короб:щ клапана автоматического затвора турбины К-20О. блока клапанов прошерагрева турбины К-490, деаэраторов ДП-2000, ДП-1000, с колонками ДСП-320 в ДСП-500, шдэлай деаэраторов, колена трубопровода , диска 1ШД ГТН-25.

¿дробация работа. Основные результаты работы докладывались и обсуздались на Всесоюзной конференции "Проблемы снааэния материалоемкости силовых конструкций", г.Горышй (1984), на XX н XXII Всесоюзных научных совещаниях по проблема прочности двигателей, г. Москва (1984 и 1988) на ИГО н семинарах НПО ЦКТИ и АО ЛМЗ.

Пубдишш. Основные результаты диссертации зшозэни в II статьях и ряда научно-техшчэсках отчетов НПО ЦКТИ.

Структура и объеи диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заклззчешя и содергит 148 страниц, в том числе 48 страниц иллюстраций, 12 страниц списка литературы из 131 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во ввздзнш дадо обоснование актуальности намеченных исследований и сформулированы цэлл прэдставлэнной работа.

В первой гдавв дай обзор существущих способов оиредьлешы НДС деталей энергетических ¡¿ашн. Отмечены гибкость, относительны)! дэвэЕлзна и универсальность расчетного определэшш НДС. Рассшг-рэны известные глатода фазичоского и математического нодэлпрования слсшшх конструкций; откачено, что пртюнешю улрощэнных математических теорий приводят к надостаточно достоверным результатам. Больше возможности предоставляет метод конечных алиментов (!Ш), развитый э работах Дз.Аргнрнса, К.Вата, О.Зенкевнча, Л.Сегериыядэ, Р.Галлагера, Р.Д.Кука, В.А.Постнова, Л.А.Розина, А.Л.Сахарова, А.Л.Квитки, Н.Н.Шаброва и других . Применение МК9 позволяет шшсл -пнть расчет НДС сложных деталей и учесть особенности исполнения, нагружэния и граничных условий. Однако, для сложных деталей, применяемых в энергомашиностроении известны лишь приемы и метода решения задач НДС отдельных узлов. В связи с этим актуальна разработка универсального метода подготовки математической модели, позволяющего проводить анализ ВДС сложных корпусных деталей турбин, как в упругой постановке, так и с учетом ползучести.

Отмечена необходимость использования на обычных линейных , а криволинейных оболочечных конечных элементов для анализа сложных тонкостенных деталей. Позтогу актуальны разработка и применение программной системы на основе супврпарамэтрического оболо-чвчного элемента.

Вторая глава посвящена разработке обобщенного повода и методических рекомендаций для КЗ-описания сложных трехмерных объектов. Несмотря на наличие многочисленных генераторов трехмерных КЭ-свток для роальных деталей сложной формы разбиенае области на подобласти и гладкое сшивание различных поверхностей - это шаги, не имеэдаз

достаточного теюротычоского обоснования.

В работа прэдлоаонн универсальные рекошвдацда дая оптишза-вда сетки КЭ, в частности, отмечается что при форшровснщ КЭ-т-дэли разбаэшю на конечные аламенти следует производить вдоль ек-ввдистантаых ланвй, задаше координат поверхности цаюсообразаэ осуществлять В параметрическом вдде с обеспеченны гладкости на гршшдах сопряшния разниж поверхностей.

Приводится краткая характерЕстика используешх для трехмерного анализа НДС комплексов прогр§км SHS, нсдользугацп изонара-ыетрический 20-ти узловой КЭ, обеспечасащай гладкоа оншишео фор-ми. Автором эта система дополнены шдуляма, обеспочизаициш подготовку и везуалазацна КЭ-модэлн ц вроокотр результатов на ГОБИ, о расчет ЩС на SBM тшш ЕС. Такая система арттчаоки позволяет снять ограничения на разызрность &&дзче, вракя:..' счэтв в тазасшаю создать доступный к наглядный банк щс дая рада дэталзЁ турбонашш под действием различных нагрузок.

С помощью разработанной ыотодшш вшюшэн КЭ-шшшз ВДС ряда конкрэтшас смошш корщ'сшк дзтаяеЗ турбт a енергооборудозаная. Приведена результаты супзролэыэнтпого пнагазо ВДО коробок клапанов БД турбин К-800-240 п К-315-240 в сбора. В связи с високша ШЩрЯВОНИЯШ в тройшко коробки кеепшов турбзш K-S00 22С«Ща пра р=240атм н Т=540°С) ссслэдосанн рсзлзчзио цонзтруктшз-шза шдифш;ацаи троШшка с дольэ сшсаши шарящий. Получению. • рекомендации кспользована при прооктцроваши коробка клапанов турбина K-3I5-240. Изыоцошо тшдан и ко '. агурацка стешк тройника позволило сннззть до 129 Ша. '

Анализ ЩС уникальной конструкции коробка клапана автоматического затвора турбины К-200, поставляемой в Югославии, (р=130ата, Т=535сС) показал, что максимума напряжений леаат в верхней части корпуса в зоне сопряжения с пароподводящим патрубком на наружной

поверхности (точка Цц,рис.1-6, оу=91 МПа) л на внутренней поверхности в зона сопрягашя корпуса с пероотводящиш патрубком ' (точка .'.?2 ,ряо.1-б, ах-108 Ше). Преимущества полного трехмерного нво-сесимшгрпчного анализа ВДС этого клапана очевидна но сравнению с вшалнернш в Германия расчетом его гэ в осекшмэтричпой постановке (без учета горизонтальных патрубков). В частности, высокие напряжения, выявленные с пошщьв трехмерной теориа: в верхней части корпуса, вообще на шгут быть получены в осесиммвтричшй схенэ. Результаты в общих контрольных точках совпали.

В третьей глава описана программная система КЭ анализа НДС произвольной оболочка с использованием суперпараметрического оболочечного элемента. Для тонкостенных оболочечных конструкций такге важна точность задания геометрии.

Для корпусных деталей турбин и энергооборудования характерны весьма напряженные тройниковнэ соединения и патрубковнэ отводы. Толстостенные корпусные конструкции подлежат расчету по трЭхшрной теориа, а для тонкостенных целесообразен оболочвчкый подход.

В работе праведен алгоритм формирования матрицы жесткости данного элемента. Приведены результаты расчета тестовых задач с распределенной нагрузкой: свободно опертой плиты, защемленной цилиндрической оболочки, пологой цалиндричэской крыш, цилиндрического сосуда с круговым отверстием . тройникового соединения двух цвдицдричвских труб. Расчеи показали хорошев соответствие с имеющимися аналитическими и численными решениями.

Эффективная реализация алгоритма формирования матрицы жесткости элемента и схвиы организации программной системы , позволили. исследовать НДС ряда сложных корпусных деталей: тройника коробки клапанов, турбины К-800, колена трубопровода деаэратора ДП-1000, деаэраторов ДП-2000 а ДП-1000, деаэраторов с колонками ДСП-320 в ДСП-500, модели деаэратора.

Схе.'Щ разбиения клапа^оэ паровых

турбин

б) схема разбиения коробки клапана

автоматического затвора турбины K-20Q

Г

i

CD i

Рис.i

Анализ тершнащшвнного состояния колена трубопровода деаэратора ДИ-10С0 показал наличие высоких напряжений в зоне врезки колена в деаэратор (узел М, рио.2 ), Напряжения от внутреннего давления (р=6аты,Т=150°С) составляют 11% от тепловых, кроме того решающее значение на величину напряжений в данном случав оказывают граничные условил в зоне врезки колена в деаэратор. Максимальные значения напряжений в узле М отмечены при 1^= -0,6см, Цу=0, 1^= 0,15 см в сечении СД - ог = 254 Ша, оу= 193 ЫПа. Проанализированы различные граничные условия по перемещениям и указаны пути снижения напряжений. Ранее расчет таких конструкций проводился по одномерной стержневой схеме, не дащей пространственное распределение напряжений в местах их концентрации.

Проведены подробные исследования перемещений и напряжений различных деаэраторов. Геометрия расчетной модели включает в себя головки сосуда, диафрагму с днищем и седловые опоры с реальными значениями податливости. Выявлены общио особенности НДС в деаэраторах и проанализировано ая«вшя граничных условий, нагруження и конструктивных особенностей на. ВДС.

Выявлено, что наибольшие локальные напряжения от внутреннего давления в обечайке возникают в продольной шюокооти симметрии, в * месте стыка бака и колонки, однако они быстро уменьшаются до без-ыОментного состояния (см.рис. 4). Максимальные напряжения (окружные) для всех исследованных деаэраторов находятся на наружной поверхности. Результаты КЭ-анализа позволили выявить особенности НДС тонкостенных податливых конструкций, в частности, влияние граничных условий на результаты. Так, неучет днища колонки дает завышенные значения напряжений в стыке, в противном случае, если рассматривать, как это обычно делается, полубесконечную трубу без днища , в патрубке наблюдаются незатухающие изгибные деформации.

Исследовано влияние конструктивных особенностей на НДС кор-

ДефортровЕлноз состояние корпуса деаэратора ЛД-1000 под дейотвивм внутреннего я гидростатического давлетй

- II -

Сетка базовых элементов для деаэратора о колонкой ДСЦ-500

а) распределение напряжений по верхней образующей бака

бНПй б.МНа

еоо коо

8000 -200--т

j \*>я

П-dt

1 f V=

.....í

600т

¡LOO

о -20b HJÓ&-Hoo-

i ---------

l i f

X

ioa zoo зоо б) рахшределение напряжений по длине колонки <оШ &НПа

100 £00 зоо

Mjáz

еоо Ш Ш

о

-200

<

Л

^ gil II ГИ- A.

И Jo

л

/00 £00 зоо НОО Рис.4

НОО 20Q-О

-2QO

i

HfÓ¿

40Q ¿00 300 too

пуса деаэратора, в частности, роль диафрагмы, находяйщейся в основном корпуса внутри колонки, и роль унрошзшцвго кольца на ней. Наличие дагфрагмы в колонке приводит к заметному снижению максимальных напряжений в зоне стыка (в деаэраторах ДП-2000 и ДП-1000 на 30-40Ж). Введение кольцевого ребра приводит к ушньшениша максимума напряжений еще на^УЮХ. По имепцимся данным близкие результаты по напряжениям были получены американскими специалистами для деаэратора ДП-2000, поставляемого в Аргентину.

Результаты расчета показали сложный неочевидный характер пространственного деформирования деаэратора, который был подтвержден экспериментально.

Исследовано также действие гидростатического давления при заливке бака водой на высоту Ь » o,7D. Максимальные напряжения наблвдались возле опор. Во всех йбчениях отмечалась овальность корпуса. При одновременном действии внутреннего и гидростатического давлений (рис.3 ) овальность корпуса снижается, а максимума напряжений в районе ошр уменьшается, onali в отыкв отличается от случая, действия только внутреннего давления всего на Ш. Хорошее соответствие получено при сопоставлении этих расчетных данных с результатами экспериментального обследования деаэратора ДП-3200, близкого по параметрам.

Разумное применение более точной шделн позволяет выявить области с болышши максимальными напряжениями, чей ш приближенным моделям. Так, для толстостенного тройника турбины К-800 примвне-ние полной трехмерной схемы с тремя (и болве) слоями КЭ по толщине корпуса тройника дает увеличение максимума напряжений на 382 по сравнению с оболочечной.

Деформации податливых деаэраторов определяются соотношением размеров бака в колонки. При длинном тонкостенном баке и короткой колонке, последняя'значительно жостче, чем бак. деформация в диаф-

рагме значительно кеньше, на крап отверстия она имеет другой знак. Правильный выбор ребер жесткости в районе колонки может уменьшить вдвое концентрацию напряжений в районе приварки колонки к баку.

Четвертая глава посвящена анализу полей напряжений и перемещений пространственных конструкций с учетом неустановившейся ползучести.

Нелинейное решение с учетом ползучести получают из решения упругой задачи с помощью итерационного процесса по времени; на каздрй шаге выбирается материальные константы, удрвлетворящие ■определявдам уравнениям. КЭ анализ с учете« ползучести связан с .. большими временными затратами. Несовершенство известных алгоритмов ; численного интегрирования по времени сдерживало изучение НДС с учетом шлзучести деталей турбин а анвргооборудоваотя. Программная система SEES, использующая улучшенный алгоритм интегрирования го времени второго порядка точввэсти, позволяла проводить КЭ анализ НДС еловых массивных конструкций за приемлемое время.

Для глпютд ободочечных деталей автором была разработана программная система SQSHB КЭ- анализа НДС ободочек о учетом неустановившейся ползучести ног схеме теории течения, в которой для алгоритма численного интегрирования го времени взят упомянутый алгоритм второго порядка точности. Тестирование программной система SQSH0 осуществлено путем сравнения , где ато возможно, о точным решением для установившейся шлзучести, а такта с известными результатами, полученными по другим программам.

По оболочечной теории была исследована неустановившаяся ползучесть ряда деталей под равномерным давлением при высокой температуре, в том числе круглой и квадратной шшт, цилиндрической оболочки, колена трубопровода. Характер изменения прогибов пластины и оболочки совпадает с известными результатами. Во всех рассмотренных тонкостенных конструкциях ползучесть материала право-

дат к значительным деформациям с течением времени. Разработанная программная система позволяет оценить количественно оти деформации, что важно на ствдии проектирования или при оценке ресурса.

Возможности данной программной системы проверены при анализе с учетом ползучести тройника турбины К-800 (конструкции переманной толщины сложной формы). Результаты расчетов сравнивались с аналогичными результатами по трехмерной теории (рис. 5). В данном случае максимум напряжений в точке U уменьшился через ЮОтыс.час. с 162 МПа до 84 МПа. Последняя циЗра отличается от результата, полученного по трехмерной теории на 1035, что объясняется толстостенностью рассматриваемой конструкции (h/r~0.3).

В работе проведен трехмерный анализ НДС с учетом неустановившейся ползучести массивных клапанов паровых турбин К-800, К-300, K-3I5, К-200, K-I50, К-225, ВТ-25.

Тек как анализ напряжений с учетом ползучести для трехмерных тел - сложный процесс даже при наличии готовых КЭ комплексов, было уделено особое внимание выбору пространственно-временных параметров управления расчетом (геометрических размеров сетки КЭ н величины шагов по времени), а также оценка достоверности полученных результатов. Отмечается, что решавшим условием оценки достоверности результатов является удовлетворительное вшюлнешв силовых условий в конструкции о течением времени.

В процессе анализа выявлены общие закономерности НДС клапаном паровых турбин, как в упругом состоянии, так и через 100-200тыс.час. Показано, что в толстостенных корпусах клапанов с течением времени upa высокой темпрературе за счет ползучести материала происходит резкое падание максимальных напряжений в местах концентрации, что, несмотря на снижение предела длительной прочности, может привести к некоторому увеличению коэффициента аалэи щючаостя и возмсшому продлена® ресурса деталей, это

Разбиение тройника турбины К-800 на базовые влэментк}

а) по оболочвчвоз теории

б) по трехмерной теории

2*

в) релаксация напряжений 0>1 о учетом ползучести в тройнике Турбины К-800 в района "седла" (точка М)

то 100 50

о

Па

\

Ч| 1

1 5 ■■■ г > »

трехмерная теория оболочечная теория

*С,час.

50000 ¡00000

Рис. 5

наглядно проявляется в напряженных тройниках коробок клапанов ЦВД, для которых максимум напряжений на внутренней поверхности с течением времени значительно уменьшается. Через ЮОтыс.час. в турбине К-600 az уменьшается на 62Ж, в турбине К-225 на 61,5$, в турбине К-315 на 64Ж, что приводит к некоторому увеличению коэффициента запаса, в последнем случае до допустимого значения.

В работе исследовано НДС стопорных клапанов паровых турбин, имеющих сложную неосесиммэтричную форму с патрубковыми отводами, являицамися концентратором напряжений. Рост деформаций из-за ползучести материала при налички многочисленных патрубков приводах к такому перераспределению напряжений , что НДС с учетом ползучести существенно отличается от упругого. Особенно наглядно ато

•

изменение для стопорных клапанов турбин К-200 (рас. 1-6) в ВТ-25. Для них характерны высокие упругие напряжения в зона сопряжения корпуса с пароподводящим патрубком, с максимальными напряжениями на наружной поверхности. С течением времени напряжения перераспределяются. В обоих случаях запас прочности был близок к допустимому значению. Полученные результаты для турбины К-200 подтверждены экспериментальными данными.

В регулирующих клапанах максимальные напряжения обычно находятся на внутренней поверхности корпуса клапння в зове сопряжения с пароотводящим патрубком. С течением временя они обычно уменьшаются (для r>/tCKA M*MHóB npowneperpEB/t; турбины К-1БО , поставляемой в Болгарию , - на 16%, рнс.1-а).

Во всех рассмотренных примерах проверялась сходимость численного решения на разных сетках.

Таким образом . выполненные расчеты позволили получить конкретные значения коэффициента запаса прочности с учетом ползучести для тел сложной формы , которые можно получить только путем численного решения.

Пятая глава посвядена задачам поиска оптимального распределения толщаны тонкостенных конструкций с шшшалшоЗ энергией i\a-формвцяа при заданной нагрузке при наличии ограничений иа толшргцу.

В посла дно в время получают широкое распространенна систекы евтоматаческого проектирования (САПР). Оптимизационные задачи, кйк и ивлшейшэ, могут решаться в САПР, когда они прости я время вычислений невелико.

Традиционно поиск наилучшей констругацш ведется методом численного сканировании (перебора). Однако, только применение теории оптимального управления позволяет установить зависимость свойств отвального рекения от параметров задачи п использовать все предельные еозшееости конструкции. Задачи оптамизацва пластин и оболочек нелинейна по совокупности перзкэпгвк и могут та обладать гладкими решениями. В работе показано, что в задачах поиска распределения тодщши Ь(х,у), которое бы обеспечивало кининум анергии деформации (максимум кесткости) вря заданной нагрузке

aln. Д q ií tlx dy и наличии ограничений па толщину типа

G

неравенства

О < h,< h(x,y) < со , (i)

впадение изогоримвтрического ограничения па щшпщшвскуа гвсткость

з

JJ h (х,у) dx dy = const, (2) G

позволяет построить гладкое распределение толщшн.

При численной реализации процедур оптимизации возникают такие se трудности , как при решении задач о учетом шлзучоотп. Поэтому важно увеличение быстродействия итерационного алгоритаа численного решения. В пятой главе приводится оригинальный алгоритм поиска оптимального управления (толщины), автоматически учитывав-

щий накладываемые на управления ограничения. Так, для трехслойной плиты при сложном нагружении этот алгоритм имеет следующий вид. По веданной па шаге к функции удовлетворящей (1-2), находятся функции uj^u.v.w) из решения краевой вадачи. Полагаем:

W\ + P*<W- рк<10И1. (ЗУ где {¡у - вспомогательная последовательность. Параметр рк выбираем из условия

рк » mln (рк ,1) (4) ,

где

Р*=§ЯК"В) ( VTjto^^JJ^dxdy.JVh^ 1 1

q g ' о

Множитель 7к определяется с помощвю изопериматрического условия. Здесь - энергия деформации пластины.

Для сокращения времени счета при итерациях при использовании МКЭ для решения упругой задачи прэдлоквш использовать катод дополнительных нагрузок.

Предложенный алгоритм расчета оттаалъпаго профиля гашцшы был апробирован на тестовой задаче отыскания оптимального профиля упругой свободно опертой шхастиш максимальной еэсткости. Разработанный алгоритм был приманен для расчете профиля взшшЛ плиты, работапцей на растяжение - сжатие и изгиб.. На этом примере продемонстрировано влияние граничных условий закрепления на форду оптимального профиля толщины. Показано, что наибольший выигрыш по функционалу (анергия деформации пластины) достигается для консольной пластины и составляет 33% при 0,5 hg=I,5.

С помощью предложенного алгоритма оптимизации была осуществлена оптимизация диска I? ступени КНД ГТН-25. Оптимизация проводилась поэтдоно: на первом этапе выбирался оптимальный профиль

»

днска для одазмерноЗ кодэла о учетом центробежной нагрузки. Затем па основании подучонного профиля диска рассчитывалась рациональная конструкция с помощью программы расчета осесишвтрачного НДС ШСЭ. В полученной таким обрезом конструкции наблюдалось.снижение уровня действунда напрягвний в коряв сварного, шва на 30 %.

Основные результата работа.

1. В работе предложена комплексная методика расчетного ясслэ-доеения ЦДС сйозшых прострЕнстаошшх корпусных деталей турбйн и анзргообо^удовзнш? на основе применения трехмерной шш оболочеч-шЗ схеи.

2. Для анализа НДС массивных корпусных нестандартных деталей разработаны тошлогзчесюш схеш и даны рэкоггэцдацап по подготовка оптимальных расчетных КЭ сзток.Програшшый комплекс 5ЯБ дополпен модулями, позволящвлц тшолнять "расчеты на ЭВУ с подготовкой я визуализацией КЭ-модвла и просмотром результатов на ПЭВМ.

3. Создай доступный и наглядный банк полей напряжений для ряда деталей турСсмгзЕП.

Л. Для ешшш НДС топкоствншвс конструкций разработана а щшзпева программная систсиз БШЕО КЭ ашшза БДС оболочек, с гсшдьзогзшюц кршшзвЗяого оболочэчного ологанта с учетом пзус?2Е0ХНБ20йся ползупсста. Достоверность результатов бшга оценена путем рзетнзя ряда твсзоша задач, а для слогных деталей сопостаплепнвм получении« результатов с йгаггцйися эксперимвнталь-шем дашзша.

5. На осаовашш проведенного анализа исследовано влияние различных условий асаомешш и нагру^ения на НДС корпусник деталей турбин и энерхчюборудовашш. Выявлены существенные для оценка прочности особенности пространственного распределения НДС в конструкциях. Показано, что корректное применение более точной модели выявляет большие максимальные напряжения.

6. На основании проведенных расчетов разработана обоснованные технические решения, подтвержденные практикой, и дана р; ко-мэвдацка ш рооурсу. Результаты, вывода и рекомендации работы использованы при усовершенствования клапанов турбин К-800, К-225, К-315, К-150, К-200, К-300.

7. С помощью разработанной программной системы ЗОЗНС исследованы поля напряжений и перемещений тонкостенных деаэраторов типа ДП-1000, ДП-2000, с колонками ДСП-320 и ДСП-500, модели деаэратора. Проанализировано тершнанрякенное состояние колена трубопрохюда деаэратора ДП-1000.

9. Оценены рост деформаций тонкостенных конструкций, н перераспределение напряжений в толстостенных с учетом ползучести. Показано, что в толстостенных корпусных деталях в целом, сшшанне максимальных напряжений в местах концентрации с течением времени, несмотря на снижение предала длительной прочности, идет, как правило, в запас прочности.

10. Для анализа задач с минимумом энергии деформации тонкостенных двталэй разработан и реализован ускоренный оригинальный алгоритм поиска оптимального профиля толщины. Проанализировано влияние граничных условий на форму оптимального распределения толщины пластины. Построен оптимальный профиль даока 4-ой отупеда КВД ГТН-25(в одномерном случае) и на его основе - рациональный осесимметричвый.

По теме диссертации опубликованы следущие работы:

1. Диденко Н.И. Оптимальное распределение изгибной жесткости упругой свободно опертой пластины. Изв.АН СССР, ИТТ, т1, 1981, С147-168

2. Двденко Н.И., Самсонов А.М. Оптимальное проектирование трехслойных пластин при изгибе и растяжении-сжатии и пластин Рейснера.-Л., 1983 г.,-39с.-(Препринт АН СССР, Физ.-техн.ин-т им. А.Ф. Иоффе; N 813.

3. Двденно H.H., Цашсо Н.И. НДС нашюняой исрннрно-с-гвргнввой шита. Исследования по строателья. ш. л строят, кшстр.йзд-во Томск. Университета, Томск, 1983 г.б о.87-90.

4. Розевблш В.И., Федорова Д.В., Цейтлин Й.З., Дадевко H.IJ. Пакет ггршшущах программ для расчета тершнапрягевпого состояния лопаток газовых турбш. Аннотация докладов XX Всес.научп.созещ. по пробленЕМ прочности двигателей, г.1!осхва., 1984 г.

5. Дядэшш H.H., Самсонов A.M. О постановке и численном рээенщ задач оптимального проектирования трехслойных плвстин и пластин Рейсснера. Труда Всес.конф. "Пройпат снижения катериалоеюсоста силовых конструкций", г.Горький, 1984 г.,

6. Цэйтлш И.З., Федорова Л.В., Двдепко H.H. Разработаэ шкэта програюл для расчета тзрмонапряЕешого состоящая лопаток газовнх турбин . Труда Ц5СТН, 1985, вал. 2?9„ с.39-44.

7. Соколов Д.Ю. .Диденко Н.И. Расчет прочиостк тошеостевшж пространственных конструкций применительно к корпусам паровых н газовых турбин. Труды ЦКТИ, 1985, вып. 219, о.25-30.

8. Двденко Н.И., Самсонов A.M. Об ошимазецаа упругих пластан Рейссера а трехслойных пластин прз сложаои нагрузенки//

Прикл. кеханика-1988, т.24, N7, с.89-95,

9.Диденко Н.И..Шабров H.H. Расчет средоо- и тонкостенных конструкций элементов турбомалшн по программе КЭ аншшэа произвольных оболочек.- В кя.г Тезисы докладов ХХП Всесоюзного совещания по проблвмаа прочности двигателей. EL, 1988.-198 с.

10. Даддако Н. И. Разработка а применение програкщ прочшст- > ного расчета корпусов л сосудов на основе трехмерной оболочеч-ной шдедаг. Труды ЦКТИ, 1989,вш.254, с.68-73.

11. Двденко Н.И. Конечно-элементный анализ папряженно-деформи-рованиого состояния тонкостенного корпуса деаэратора по теории произвольных оболочек . Труды ЦКТИ, 1992, вып.272,с.Н-14