Obrabotka Metallov 2014 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (65) 2014 53 ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ встает вопрос об использовании численных ме- тодов для моделирования. Значительное коли- чество работ посвящено разработке подходов к расчетной оценке непробиваемости корпусов на основе использования эмпирических соотноше- ний или современных программных комплек- сов [7–9]. Тем не менее известные в настоящее время методы решения этой задачи не позволя- ют надежно прогнозировать результат взаимо- действия оторвавшегося фрагмента с корпусом. Это обстоятельство обусловлено сложностью и многообразием термомеханических процессов, происходящих при указанном взаимодействии, а также сложностью конструктивных решений и разнообразием применяемых материалов. В настоящее время разработка надежных и точных методов оценки непробиваемости яв- ляется одним из приоритетных направлений в мировом авиационном двигателестроении. Ос- новой для построения этих методов является объединение экспериментальных методов иссле- дования и технологий 3D компьютерного моде- лирования. Пакеты прикладных программ могут быть использованы для моделирования поведе- ния материалов при динамическом нагружении. Эти приложения требуют знаний сложных мо- делей поведения материала, параметры которых зависят от напряженного состояния, скорости деформации и температуры. Для оснащения моделей поведения и критериев разрушения нужными параметрами и константами требует- ся обширная база по динамическим свойствам материалов. Кроме того, для проверки адекват- ности применяемых моделей необходимы раз- работка и проведение некоторых «модельных» натурных экспериментов. Целью настоящей работы является числен- ное моделирование процессов деформирования и разрушения корпуса вентилятора газотур- бинного авиадвигателя при высокоскоростном соударении с лопат- кой вентилятора для оценки параметров материала корпуса. В качестве «инстру- мента» численного моделирования ис- пользуется пакет при- кладных программ LS-DYNA. 1. Экспери ментальное исследование аварийного обрыва лопаток вентилятора ГТД В ОАО «Авиадвигатель» создана экспери- ментальная установка [10] по определению ха- рактеристик диссипации энергии материалов и конструкций корпуса вентилятора и проведены сравнительные испытания кольцевых образцов корпуса вентилятора при обрыве лопатки венти- лятора. Корпуса вентиляторов выполняются из тита- новых сплавов ВТ6, ОТ4 и ОТ4-0 и имеют сле- дующие геометрические параметры: диаметр 636 мм, толщина стенок 2…8 мм. В эксперименте в качестве ударяющего фраг- мента вместо реальной лопатки вентилятора использовался ко- нический имитатор лопатки из титано- вого сплава ВТ8М с аналогичными мас- совыми характери- стиками (рис. 1). Имитатор лопатки имеет следующие параметры: масса 168 г, радиус центра тяжести 199,3 мм, диаметр периферийного сечения 15 мм, диаметр «комле- вой» части 30 мм, длина 90 мм. Экспериментальные данные по результатам испытаний кольцевых образцов корпуса венти- лятора при обрыве лопатки вентилятора приве- дены в табл. 1. Проведено пять экспериментов для разных материалов корпуса вентилятора с различной толщиной стенок корпуса и началь- ными скоростями вращения имитатора лопатки вентилятора. Т а б л и ц а 1 Результаты испытаний кольцевых образцов корпуса вентилятора Сплав Заданная толщина стенки корпуса, мм Начальная частота вращения, об/мин Остаточная скорость, м/с Начальная кинетическая энергия, кДж ВТ6 5 14 720 69 8,08 ОТ4 2 11 800 202 5,19 ОТ4 6 11 800 0 5,19 ОТ4 8 11 800 0 5,19 ОТ4-0 6 14 980 0 8,37 Рис. 1. Имитатор лопатки