Obrabotka Metallov 2014 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (65) 2014 52 ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ УДК 539.3:621.438:629.735 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНОГО ОБРЫВА ЛОПАТКИ ВЕНТИЛЯТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ А.Е. БУЗЮРКИН 1 , канд. физ.-мат. наук И.Л. ГЛАДКИЙ 2 , канд. техн. наук Е.И. КРАУС 1 , канд. физ.-мат. наук ( 1 ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск, 2 ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь ) Поступила 01 сентября 2014 Рецензирование 19 сентября 2014 Принята к печати 25 сентября 2014 Бузюркин А.Е. – 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1 Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, e-mail: buzjura@itam.nsc.ru 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 вентиля- тора при ее аварийном обрыве. Верифицированы значения параметров модели Джонсона-Кука, описываю- щих 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. Введение Одной из основных задач, которая ставится при проектировании современных авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), является про- блема обеспечения непробиваемости корпусов оторвавшимися фрагментами ротора. Разрушение лопаток вентилятора может быть вызвано различными как внутренними, так и внешними причинами. Среди основных при- чин можно выделить такие, как многоцикловая усталость, дефекты в материале, нежелательные остаточные напряжения, повреждения от воз- действия попадающих в тракт двигателя посто- ронних предметов, а также множество других факторов [1–3]. Разрушение лопатки и ее обрыв может при- водить к различным опасным явлениям, таким как вылет за пределы корпуса двигателя нелока- лизованных фрагментов лопатки, повреждению двигателя вследствие возникновения дисбалан- са ротора и прочих разрушений, вызванных по- паданием в тракт двигателя осколков лопатки. Наиболее опасные из таких явлений – проби- вание корпуса двигателя фрагментами, облада- ющими высокой кинетической энергией. В ре- зультате этого может быть поврежден не только двигатель, но и все воздушное судно. Поэтому нормативные технические документы по авиа- ционным двигателям содержат требование об обязательной локализации в корпусах двигателя фрагментов, образующихся при разрушении ра- бочих лопаток турбомашин [4–6]. Обеспечение и экспериментальное подтверж- дение соответствия этому требованию связаны с большими затратами времени и средств, поэтому