Исследование влияния частоты вращения внутреннего кольца сегментного керамического подшипника ГТД на его прочность

Авторы

Семенова А. С.^*, Кузьмин М. В.^**, Кирсанов А. Р.^***

Опытно-конструкторское бюро им. А. Люльки, филиал ОДК-Уфимского моторостроительного производственного объединения, ОКБ им. А. Люльки, ул. Касаткина, 13, Москва, 129301, Россия

*e-mail: anna.semenova.lulka@gmail.com
**e-mail: maxim.kuzmin@okb.umpo.ru
***e-mail: kar3112@yandex.ru

Аннотация

Представлены результаты численного моделирования работы керамического подшипника скольжения ротора газотурбинного двигателя. Оценка прочности подшипника скольжения из карбида кремния SiC проводится на основании результатов численного моделирования деформирования и разрушения материала подшипника при раскрутке ротора до максимальной частоты. Расчетные и экспериментальные данные, полученные в ходе исследований керамического подшипника скольжения, приводятся для освидетельствования непротиворечивости численной модели подшипника скольжения, в первую очередь адекватности примененной модели повреждаемости материала карбида кремния SiC.

Ключевые слова:

подшипники скольжения, карбид кремния, модель повреждаемости, модель Джонсона–Холмквиста, критерий разрушения керамики

Библиографический список

1. LS-DYNA Keyword User’s Manual (Version 971). – Livermore Software Technology Corporation (LSTC), California, 2007. Vol 1. – 1384 p.

2. Cronin D.S., Bui K., Kaufmann C. et al. Implementation and Validation of the Johnson-Holmquist Ceramic Material Model in LS-Dyna. 2003.

3. Паршиков А.Н. Численный метод SPH, использующий соотношения распада разрывов, и его применение в механике деформируемых гетерогенных сред: Дисс.….докт. физ-мат. наук. – М.: Институт проблем механики РАН, 2014. – 122 с.

4. Августович В.Г., Шмотин Ю.Н., Сипатов А.М. и др. Численное моделирование нестационарных явлений в газотурбинных двигателях. – М.: Машиностроение, 2005. – 523 с.

5. Зубко А.И., Лукин В.А., Герман Г.К. Разработка мероприятий по уменьшению сил сопротивления при работе подшипников качения // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 4. С. 125–137. DOI: 10.34759/vst-2022-4-125-137

6. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. – М.: Машиностроение, 1985. – 223 с.

7. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на проч ность деталей машин: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1993. – 639 с.

8. Зубко А.И., Гнусин П.И., Критский В.Ю., Нецвет В.А. Исследование параметров масляного клина и возможности проведения диагностирования подшипников качения с использованием волоконно-оптических датчиков давления, температуры и деформации // Насосы. Турбины. Системы. 2020. № 4(37). С. 42–55.

9. Gurson A.L. Continuum Theory of Ductile Rupture by Void Nucleation and Growth: Part I—Yield Criteria and Flow Rules for Porous Ductile Media // Journal of Engineering Materials and Technology. 1977. Vol. 99. No. 1, pp. 2–15. DOI: 10.1115/1.3443401

10. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. Т.1 Пластичность, теория / Пер. с англ.; Под ред. Г.С. Ша- пиро. – М.: Изд-во иностр. лит., 1954. – 647 с.

11. Зубко А.И., Аксенов С.П., Нецвет В.А., Диденко А.В. Экспериментальный модальный анализ конструкции ротора газогенератора ТРДД // Радиотехника. 2019. Т. 83. № 5–2. С. 106–109.

12. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. - Изд. 2-е, испр. – М.: URSS, 2008. – 254 с.

13. Семенова А.С., Гогаев Г.П. Оценка разрушающей частоты вращения дисков турбомашин с использованием деформационного критерия в программном комплексе LS-Dyna // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 3. С. 134–142

14. Семенова А.С., Кузьмин М.В. Подбор дискретности конечно-элементной сетки для вращающихся деталей межроторного подшипника газотурбинного двигателя с учетом шероховатости поверхности // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 3. С. 171–179.

15. Leontiev M., Ivannikov V., Degtyarev S. Radial roll bearings with flexible rings: application to rotor dynamics and extension to multibody simulation // 17th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery (16-21 December 2017; Maui, Hawaii).

16. Степанов А.В. Моделирование жесткости шероховатых поверхностей при оценке точности технологического оборудования: Автореф. д. … канд. техн. наук. – М.: Моск. гос. технологич. ун-т, 1998. – 15 с.

17. Петров Н.И., Николаев С.М. Уточненная оценка напряженно-деформированного состояния в подшипниках качения методом конечных элементов с учетом их экс плуатации в ГТД // Новые технологические процессы и надежность ГТД: научно-технический сборник. Вып. 9. Подшипники и уплотнения. – М.: ЦИАМ, 2013. С. 13–22.

18. Кикоть Н.В., Снеткова Е.И., Леонтьев М.К., Дегтярев С.А. Анализ динамических характеристик подшипников качения в опорах роторов // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2012. № 2(23). С. 94–102.

19. Mason M.A. A practical tool for the determination of surface stresses in railroad bearings with different contact geometries load conditions using finite element analysis. - Thesis of Master of Science. Virginia Commonwealth University. 2014. – 119 p. DOI: 10.25772/1JJY-3P97

20. Qu F., Xie H., Jiang Z. Finite element method analysis of surface roughness transfer in micro flexible rolling // 12th International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Processes (4-7 July 2016; Troyes, France). Vol. 80. No. 8: 04002. DOI: 10.1051/matecconf/20168004002