Аннотация
Одним из критериев оценки надежности корпусов авиационных газотурбинных двигателей является их способность к удержанию оборвавшихся элементов ротора и, в первую очередь, лопаток вентилятора. В работе представлены результаты численного моделирования процессов деформирования и разрушения корпуса вентилятора газотурбинного авиадвигателя при высокоскоростном соударении с лопаткой вентилятора при ее аварийном обрыве. Верифицированы значения параметров модели Джонсона-Кука, описывающих поведение сплавов ВТ6, ОТ4 и ОТ4-0. Сравнение с экспериментальными данными показывает хорошее соответствие по остаточным скоростям вылета оборвавшейся лопатки и формам пробитых отверстий. Показано, что в зависимости от материала корпуса, его толщины и скорости обрыва лопатки существует возможность либо пробития корпуса оборвавшейся лопаткой и ее вылет за его пределы, либо локализация оборвавшейся лопатки внутри корпуса.
Ключевые слова: деформация, разрушение, скорость деформации, пластичность, LS-DYNA, модель Джонсона-Кука
Список литературы
1. Акимов B.M. Основы надежности газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1981. – 207 с.
2. Конструкционная прочность материалов и деталей ГТД / И.А. Биргер, Б.Ф. Балашов, Р.А. Дульнев. – М.: Машиностроение, 1981. – 222 с.
3. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. – М.: Машиностроение, 1993. – 240 с.
4. Federal Aviation Administration. Airworthiness Standards: Aircraft Engine Standards for Engine Life-Limited Parts. 14 CFR. Part 33.70. Amdt. 33-22, 72 FR 50860, 2007.
5. European Aviation Safety Agency. Certification Specifications for Engines. CS-E. – 150 p.
6. Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации / под ред. Ю.А. Ножницкого. – 6-е изд. – М.: ГНЦ РФ ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2004. – 260 с.
7. Каримбаев Т.Д., Луппов A.A. Исследование кинематики взаимодействия оборвавшейся лопатки вентилятора с деталями и узлами тракта ГТД методом конечных элементов в пакете LS-DYNA // Новые технологические процессы и надежность ГТД. – 2008. – Вып. 8. – С. 85–96.
8. Гладкий И.Л. Исследование последовательности обрыва лопаток ГТД методом конечных элементов // Вестник ПГТУ. Динамика и прочность машин. – 2003. – № 4. – С. 125–130.
9. Численное моделирование обрыва лопатки вентилятора / Ю.Н. Шмотин, A.A. Рябов, Д.В. Габов, С.С. Куканов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – № 9 (25). – С. 63–67.
10. Гладкий И.Л., Березин Р.И. Экспериментальное определение стойкости к ударному воздействию материалов, применяющихся в корпусах вентиляторов газотурбинных двигателей // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 4-5. – С. 1359–1362.
11. LS-DYNA: Keyword User's Manual: vol. 1, 2: version R7.0. – Livermore, California: LSTC, 2013.
12. Johnson G.R., Cook W.H. A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain Rates and High Temperatures // Proceedings of Seventh International Symposium on Ballistics, Hague, Netherlands, 19–21 April 1983. – Hague, 1983. – P. 541–547.
13. Johnson G.R., Cook W.H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures // Engineering Fracture Mechanics. – 1985. – Vol. 21, iss. 1. – P. 31–48. – doi: 10.1016/0013-7944(85)90052-9
14. Hallquist J.O. LS-DYNA: Theoretical manual. – Livermore, California: Livermore Software Technology Corporation, 1998. – 498 p.
15. Kraus E.I., Shabalin I.I. Impact loading of a space nuclear powerplant // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2013. – Vol. 24. – P. 138–150. – doi: 10.3221/IGF-ESIS.24.15
16. Краус Е.И., Фомин В.М., Шабалин И.И. Определение модуля сдвига за фронтом сильной ударной волны // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Математическое моделирование и программирование». – 2014. – Т. 7, № 1. – С. 49–61. – doi: 10.14529/mmp140105
17. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: справочник. – М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. – 520 с.
18. Бузюркин А.Е., Гладкий И.Л., Краус Е.И. Применение численного моделирования для определения и верификации параметров модели Джонсона-Кука при высокоскоростном деформировании титановых сплавов // Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций: сборник материалов III Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Ю.Н. Работнова, 26–30 мая 2014 г. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – С. 17.
19. Steinberg D.J. Equation of State and Strength Properties of Selected Materials: Report N UCRL-MA-106439. Change 1 / University of California, Lawrence Livermore National Laboratories. – Livermore, 1996. – 69 p.
