Моделирование теплонапряженного состояния деталей энергетических установок с использованием программного комплекса ANSYS (120
..pdfCopyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
этого в меню Element Types выберем пункт Options и далее вместо опции Plane stress опцию Axisymmetric.
Зададим свойства материала диска. Все значения величин задаются в единицах Си. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в такой последовательности: Preprocessor→Material Props→Material Models. В появившемся окне выберем опцию Structural→Density и введем значение плотности, равное 8200 кг/м3.
Зададим значения модуля упругости и коэффициента Пуассона. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в последовательности: Structural→Linear→Elastic→ Isotropic.
Зависимость от температуры задается в виде таблицы c помощью кнопки Add Temperature.
Зададим значение модуля линейного расширения материала. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в последовательности Structural→Thermal Expansion→Linear→ Secant Coefficient→Isotropic.
Зависимость от температуры задается также с помощью кнопки Add Temperature. Кроме того, необходимо задать значение относительной температуры, равное 273 K в окне Reference Temperature. Значения модуля упругости, коэффициента Пуассона и модуля линейного расширения материала в зависимости от температуры приведены в табл. 2.
Таблица 2
Зависимость модуля упругости, коэффициента Пуассона и модуля линейного расширения материала от температуры
№ п/п |
T , K |
α, K−1 |
E, Па |
μ |
1 |
273 |
0.000018984 |
2.4963E+11 |
0.275 |
|
|
|
|
|
2 |
373 |
0.000019367 |
2.4624E+11 |
0.296 |
|
|
|
|
|
3 |
473 |
0.00001975 |
2.4285E+11 |
0.317 |
|
|
|
|
|
4 |
573 |
0.000020133 |
2.3946E+11 |
0.338 |
|
|
|
|
|
5 |
673 |
0.000020516 |
2.3607E+11 |
0.359 |
|
|
|
|
|
6 |
773 |
0.000020899 |
2.3268E+11 |
0.380 |
|
|
|
|
|
7 |
873 |
0.000021282 |
2.2929E+11 |
0.401 |
|
|
|
|
|
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.3. Создание сетки конечных элементов
Для создания сетки откроем соответствующее меню Mesh tools. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в такой последовательности: Preprocessor→Meshing→Mesh Tools. Для автоматического разбиения на конечные элементы применим процедуру SmartSize [4]. Поставим галочку в меню создания сетки для использования процедуры SmartSize. Управляя движком, можно менять густоту сетки от 10 (крупная) до 1 (мелкая). Нажмем кнопку Mesh и укажем созданную поверхность.
2.4. Задание граничных условий
Зададим значения контурного давления от лопаток [7]. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в последовательности Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Pressure→On lines. В соответствии с постановкой задачи контурное давление от лопаток на ободе диска pм = 140 ∙ 106 Па.
Зададим распределение температуры по диску для вычисления температурных деформаций диска. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в последовательности Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Temperature→On Areas. В открывшемся окне выберем опцию New Table вместо опции Constant Value. Далее в появившихся окнах укажем название таблицы, размер и переменную X для строк таблицы. Нажмем кнопку OK. В появившейся таблице зададим расстояние по оси X, которое в данном случае является значением радиуса и соответствующим ему значением температуры. После заполнения таблицы последовательно щелкнем левой кнопкой мыши по меню: File→Apply/Quit. Значения температуры диска в зависимости от радиуса приведены в табл. 3.
Зададим угловую скорость вращения диска. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в такой последовательности: Preprocessor→ Loads→Define Loads→Apply→Structural→ →Inertia→Angular Veloc→Global. Задается угловая скорость вращения вокруг оси Y в рад/с (см. рис. 2). Для этой задачи значение угловой скорости вращения равно ω = 942 рад/с.
Закрепим диск в осевом направлении (по оси Y ). Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в последователь-
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3
Зависимость температуры от радиуса диска
№ п/п |
R, м |
Т, K |
|
|
|
1 |
0 |
700 |
|
|
|
2 |
0.007 |
699.1 |
|
|
|
3 |
0.014 |
696.4 |
|
|
|
4 |
0.021 |
691.9 |
|
|
|
5 |
0.028 |
685.6 |
|
|
|
6 |
0.035 |
677.5 |
|
|
|
7 |
0.042 |
667.6 |
|
|
|
8 |
0.049 |
655.9 |
|
|
|
9 |
0.056 |
642.4 |
|
|
|
10 |
0.063 |
627.1 |
|
|
|
11 |
0.070 |
610 |
|
|
|
12 |
0.077 |
591.1 |
|
|
|
13 |
0.084 |
570.4 |
|
|
|
14 |
0.091 |
547.9 |
|
|
|
15 |
0.098 |
523.6 |
|
|
|
16 |
0.105 |
497.5 |
|
|
|
17 |
0.112 |
469.6 |
|
|
|
18 |
0.119 |
439.9 |
|
|
|
19 |
0.126 |
408.4 |
|
|
|
20 |
0.133 |
375.1 |
|
|
|
21 |
0.140 |
340 |
|
|
|
ности Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→ →Displacement→On Keypoints. Укажем на модели верхнюю левую точку, далее в появившемся окне — направление UY и значение перемещения, равное нулю.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.5. Выполнение расчета
Решим сформированную задачу. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в такой последовательности: Solution→Solve→Current LS.
2.6. Просмотр и анализ результатов
Просмотр и последующий анализ результатов удобно проводить в виде распределения напряжений, перемещений. Для этого щелкнем левой кнопкой мыши по пунктам меню в такой последовательности: General Postproc→ Plot Results→Nodal Solution. В появившемся окне выберем напряжения (Stress) по оси X, Z и эквивалентные напряжения Von Mises. Выберем необходимое напряжение и нажмем кнопку ОК.
Сохранить полученное решение в виде графического файла можно с помощью щелчков левой кнопкой мыши по следующим пунктам меню: Pltcntr→Capture Image. . . (формат bmp) или Pltcntr→Write Metafile (формат emf).
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
1.Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий: CALS-технологии / И.П. Норенков, П.К. Кузьмик. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.
2.Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов : пер.
сангл. / Л. Сегерлинд. М. : Мир, 1979. 405 c.
3.Зенкевич О.С. Конечные элементы и аппроксимация / О.С. Зенкевич, К. Морган. М. : Мир, 1986. 318 с.
4.ANSYS User Guide, Ansys Inc. 2008. http:ru www.ansys.com
5.Чигарев А.С. ANSYS для инженеров : справ. пособие / А.В. Чигарев, А.С. Кравчук, А.Ф. Смалюк. М.: Машиностроение-1, 2004.
512с.
6.Малинин Н.Н. Прочность турбомашин / Н.Н. Малинин. М. :
Машгиз, 1962. 346 с.
7. Манушин Э.А. Конструирование и расчет на прочность турбомашин газотурбинных и комбинированных установок : учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов / Э.А. Манушин, И.Г. Суровцев ; под ред. Н.Н. Малинина. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
3 |
1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
2. Алгоритм решения задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
2.1. Построение геометрической модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
2.2. Определение типа, характеристик конечного элемента, |
|
свойств материала диска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
10 |
2.3. Создание сетки конечных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
2.4. Задание граничных условий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
2.5. Выполнение расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
14 |
2.6. Просмотр и анализ результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
14 |
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
15 |