Неманежин Є. О. Розробка методів розрахунку високотемпературної міцності лопаток газових турбін при статичних та динамічних навантаженнях

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U003470

Облікова картка дисертації

0824U003470.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 113 - Прикладна математика

22-01-2025

Спеціалізована вчена рада

ДФ 64.050.165-7357

Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

Анотація

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.

Читати повністю

Публікації

Неманежин Є. О., Івко В. М., Торба Ю. І. Теоретичні та експериментальні методи визначення характеристик міцності лопаток турбін при термомеханічному навантаженні. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2021. № 4 спецвипуск 1(173). С. 93-101.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Методика визначення характеристик сталої повзучості монокристалічного сплаву. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2022. №4 спецвипуск 2(182). С. 42-49.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Методика оцінки залежності власних частот коливань лопаток газових турбін від анізотропії монокристалу. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2023. №4 спецвипуск 2(190). С. 50-58.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Чисельне моделювання повзучості лопатки турбіни з монокристалічного сплаву. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Динаміка та міцність машин. 2023. № 2. C. 88-94.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Оцінка впливу анізотропних властивостей монокристалічних лопаток турбін авіаційних газотурбінних двигунів на їх довготривалу міцність. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2024. №4 спецвипуск 2. С. 39-51.

Неманежин Є. О. Чисельно-експериментальне дослідження високотемпературної багатоциклової втомної міцності монокристалічних лопаток газових турбін. Авіаційно-космічна техніка і технологія. 2024. №5. С. 14-26.

Неманежин Є. О. Аналіз особливостей умов роботи сучасних лопаток газових турбін та огляд методів визначення параметрів їх високотемпературної міцності. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Динаміка та міцність машин. 2024. № 1. C. 52-61.

Nemanezhyn Y., Lvov G., Torba Y. Numerical simulation of the steady creep of single-crystal alloys. In: Nechyporuk M., Pavlikov V., Kritskiy D. (eds). ICTM 2022. Lecture notes in networks and systems. Spinger. Cham. 2023. Vol. 657. P. 421-429.

Nemanezhyn Y., Lvov G., Torba Y. Numerical simulation of the natural frequencies dependence of turbine blade vibrations on single-crystal anisotropy. In: Tonkonogyi V., Ivanov V., Trojanowska J., Oborskyi G., Pavlenko I. (eds). Advanced manufacturing processes V. InterPartner 2023. Lecture notes in mechanical engineering. Springer. Cham. 2024. P. 485-497.

Nemanezhyn Y., Lvov G., Torba Y. A research on the influence of anisotropic characteristics of single-crystal gas turbine blades on their durability. In: Nechyporuk M., Pavlikov V., Krytskyi D. (eds). ICTM 2023. Lecture notes in networks and systems. Springer. Cham. 2024. Vol. 1008. P. 397-408.

Неманежин Є. О., Івко В. М., Торба Ю. І. Сучасні методи випробування лопаток турбін в умовах термомеханічного навантаження. XXVI Міжнародний конгрес двигунобудівників: тези доповідей. Харків: НАКУ «ХАІ». 2021. С. 29.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Неізотермічна модель повзучості з урахуванням пошкоджуваності. XV Міжнародна науково-практична конференція магістрантів та аспірантів «Теоретичні та практичні дослідження молодих науковців»: матеріали конференції. Харків: НТУ «ХПІ». 2021. С. 429-430.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Моделювання повзучості монокристалічного сплаву та визначення його середніх характеристик. XXVII Міжнародний конгрес двигунобудівників: тези доповідей. Харків: НАКУ «ХАІ». 2022. С. 14.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Скінчено-елементне моделювання коливань лопатки турбіни. XVI Міжнародна науково-практична конференція магістрантів та аспірантів «Теоретичні та практичні дослідження молодих науковців»: матеріали конференції. Харків: НТУ «ХПІ». 2022. С. 121-122.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Оцінка залежності власних частот коливань лопаток турбін ГТД від анізотропії пружних властивостей монокристалу. XXVIII Міжнародний конгрес двигунобудівників: тези доповідей. Харків: НАКУ «ХАІ». 2023. С. 34.

Nemanezhyn Y., Lvov G., Torba Y. Numerical simulation of the natural frequencies dependence of turbine blade vibrations on single-crystal anisotropy. Book of abstracts of the 5th Grabchenko’s international conference on advanced manufacturing processes. Odessa. Sumy: IATDI. 2023. P. 74.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Моделювання стаціонарної повзучості монокристалічної лопатки турбіни авіаційного газотурбінного двигуна. XVII Міжнародна науково-практична конференція магістрантів та аспірантів «Теоретичні та практичні дослідження молодих науковців»: матеріали конференції. Харків: НТУ «ХПІ». 2023. С. 104-105.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Дослідження довготривалої міцності монокристалічних лопаток турбін АГТД з урахуванням їх анізотропних характеристик. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: тези доповідей XXXII Міжнародної науково-практичної конференції MicroCAD-2024. Харків: НТУ «ХПІ». 2024. С. 485.

Неманежин Є. О., Львов Г. І., Торба Ю. І. Розробка методу визначення впливу анізотропних характеристик монокристалічних турбінних лопаток газотурбінних двигунів на їх довготривалу міцність. XXIX Міжнародний конгрес двигунобудівників: тези доповідей. Харків: НАКУ «ХАІ». 2024. С. 44-45.

Читати повністю

Схожі дисертації

0824U003337

Настасяк Святослав Васильович

Математичні моделі заповільненого руйнування елементів конструкцій за деградації їх матеріалів і дії воденьвмісних середовищ.

0824U002937

Красюк Богдан Віталійович

Математичне та комп’ютерне моделювання багатовимірних процесів інформаційної боротьби з використанням схем апроксимації та випадкових збурень

0824U002819

Ванкевич Петро Петрович

Моделювання поширення світлових променів через елементи волоконно-дифракційних сенсорів

0824U002614

Буцій Роман Андрійович

Моделювання та методи ефективного опрацювання циклічних сигналів в нейроінтерфейсних та кардіодіагностичних системах

0824U002586

Гомозкова Ірина Олександрівна

Моделі і методи дослідження алгоритмів орієнтації для високодинамічних об'єктів