Дисертація доктора філософії. Неманежин Євген Олександрович. Розробка методів розрахунку високотемпературної міцності лопаток газових турбін при статичних та динамічних навантаженнях

Реєстраційний номер

0824U003470, Дисертація доктора філософії

На здобуття

Доктор філософії

Дата захисту

22-01-2025

Статус

Наказ про видачу диплома

Назва роботи

Розробка методів розрахунку високотемпературної міцності лопаток газових турбін при статичних та динамічних навантаженнях

Здобувач

Неманежин Євген Олександрович,

Керівник Львов Геннадій Іванович
Керівник Торба Юрій Іванович
Опонент Сметанкіна Наталя Володимирівна
Опонент Деркач Олег Леонідович
Рецензент Федоров Віктор Олександрович
Рецензент Грабовський Андрій Володимирович

Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист

Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

Опис

Дисертаційна робота присвячена дослідженню характеристик високотемпературної міцності лопаток турбін газотурбінних двигунів в умовах статичних та динамічних навантажень. Об’єкт дослідження – процес розвитку пружних деформацій та повзучості в робочих режимах лопаток турбін з монокристалічних нікелевих жароміцних сплавів. Предмет дослідження – характеристики високотемпературної міцності лопаток турбін при статичних та динамічних навантаженнях з урахуванням анізотропних властивостей монокристалічних сплавів. Метою дослідження є розробка теоретичних та експериментальних підходів до визначення характеристик високотемпературної міцності лопаток турбін в умовах статичного та динамічного навантаження, які враховують особливості складного об’ємно-напруженого стану лопаток, навантаження у місцях концентрації напружень та анізотропію пружних та інших механічних властивостей нікелевих жароміцних сплавів. У вступі наведено обґрунтування вибору теми дисертаційного дослідження, надана інформація про предмет та об’єкт дослідження, методи дослідження, а також зазначено наукову новизну представленої роботи. Містяться відомості про апробацію та впровадження результатів, а також про внесок здобувача в опублікованих наукових працях. У першому розділі було виконано огляд науково-технічних джерел інформації, що стосуються сучасних підходів до оцінки високотемпературної міцності лопаток турбін. Обґрунтовано особливості математичного моделювання анізотропії жароміцних сплавів та її вплив на характеристики міцності лопаток турбін. Проведена систематизація інформації про сучасні та фундаментальні дослідження у області повзучості, довготривалої та втомної міцності нікелевих монокристалічних жароміцних сплавів. В другому розділі досліджено вплив анізотропії пружних властивостей монокристалів на власні частоти та форми коливань лопаток турбін ГТД. Розроблено та описано метод визначення пружних характеристик монокристалів для різних температур. Запропоновано метод розрахунку пружних податливостей жароміцних монокристалічних сплавів з метою оцінки зміни власних частот коливань лопаток турбін при повороті кристалографічних систем напрямків монокристалів. Проведено модальний аналіз лопатки турбіни. Виконана побудова діаграм Кемпбелла, визначені основні небезпечні гармоніки збуджуючих сил та наведено приклад відстроювання від небезпечних резонансних форм та частот коливань лопатки. Обґрунтовано процес верифікації розрахункової дискретної математичної моделі лопатки. Третій розділ присвячено процесу моделювання стаціонарної повзучості лопаток турбіни ГТД. Розроблена математична модель повзучості монокристалічного сплаву, а також метод розрахунку констант повзучості на стаціонарній стадії. У четвертому розділі описано метод оцінки впливу анізотропних властивостей монокристалічних жароміцних сплавів на довговічність лопаток газових турбін. За допомогою розробленого методу, на основі проведеного моделювання розподілу параметра Ларсона-Міллера, проведено чисельний експеримент з визначення часу до руйнування лопатки турбіни для різних КГО монокристалу. П’ятий розділ присвячено чисельно-експериментальному дослідженню високотемпературної багатоциклової втомної міцності монокристалічних лопаток турбіни. У висновках підводяться підсумки, надано опис основних задач науково-прикладного характеру, що були вирішені в процесі проведення дослідження. Наукова новизна дисертації: Вперше розроблено метод моделювання впливу зміни орієнтації кристалографічних напрямків на власні частоти коливань турбінних лопаток з монокристалічних сплавів. Вперше проведено верифікацію результатів модального аналізу шляхом експериментального дослідження першої та другої частот резонансних коливань охолоджуваної лопатки турбіни високого тиску авіаційного двигуна. Вперше проведено експериментальні дослідження втомної міцності монокристалічних лопаток газової турбіни при високотемпературному багатоцикловому навантаженні. Вперше побудовано математичну модель анізотропної повзучості монокристалів з кубічною симетрією та процедуру ідентифікації матеріальних констант повзучості. Вперше створено чисельно-аналітичний метод обчислення довготривалої міцності монокристалічних лопаток турбіни, які знаходяться під навантаженням від відцентрових сил. За результатами дослідження, актом впровадження на підприємстві ДП «Івченко-Прогрес» (м. Запоріжжя), підтверджено практичну та теоретичну цінність розроблених методів, надано практичні рекомендації щодо застосування розроблених методів та розглянуто перспективи їх подальшого розвитку.

Дата реєстрації

2024-12-06

Додано/оновлено в НРАТ

2024-12-06 / 2026-07-01