Лекция 10

Динамика прочностная.

Большинство дефектов авиационных ГТД связано с действием

переменных нагрузок, поэтому повышение динамической прочности двигателя является одним из важнейших условий эффективности применения авиации.

Динамическая прочность двигателя определяется возникающими в его деталях перемеными напряжениями и конструкционной прочностью их материалов.

Динамическая прочность деталей авиационных двигателей обеспечивается путем правильного сочетания механических свойств материала при действии переменных напряжений с уровнем переменных напряжений в рабочих условиях. Чем ниже переменные напряжения, тем легче обеспечить высокую надежность и большой ресурс работы двигателя.

Однако значительное уменьшение напряжений ведет к утяжелению двигателя и требует длительной и сложной доводочной работы. Поддержание переменных напряжений на допустимом уровне обеспечивается комплексом расчетно-экспериментальных работ, проводимых на всех этапах конструирования, доводки, производства и эксплуатации. Особо важно- правильный расчет основных частот собственных колебаний деталей и узлов двигателя.

Частота гармонических колебаний - собственная частота, зависит от упругих и массовых (инерционных)свойств элемента, а также от условий его закрепления (Р). При воздействии на элемент переменной силы Р(t)=Р0 соs р t

Ро -амплитуда, р- круговая частота возникают вынужденные колебания.

Масса М, имеющая упругую связь с др.элементами. При малом отклонении x на такой элемент действует упругая восстанавливающая сила

Рупр.=-сх с - коэффициент жесткости

и движение массы описывается уравнением

Мх = -сх (х = dx/dt, х = d х/dt) х- скорость

х- ускорение

при начальном х =0 и условии х(0) =0 получаем вид уравнения х(t)=х(0)cosp t

где p = с/м т.е.каждый элемент при малых начальных отклонениях начинает совершать гармонические колебания с определенной круговой частотой.

Ро - собственная частота колебаний.

Если начальное отклонение вызвано случайной причиной или постоянной (статической) силой Рст, то под влиянием сил трения собственные колебания быстро затухают и тело занимает новое равновесное положение.

При воздействии на элемент переменной силы Р(t)=Ро cos pt

Ро-амплитуда р-круговая частота

возникают вынужденные колебания

Xo cos pt

X(t)= ------------- где Хо=Ро/с

1-(p/Po)

когда частота возбуждения р совпадает с собственной частотой Ро, наступает резонанс.

При демпфировании через воздействие сил трения Ртр= -Кх

Хрез = Ро/(РоК)

АВТОКОЛЕБАНИЯ - колебания, возникающие в результате появления при

некоторых условиях работы переменных сил, порождаемых в результате

обратной связи между колебаниями деталей (лопаток, дисков, лабиринтных уплотнений) и действующими на них газодинамическими нагрузками, при недостаточном демпфировании. При автоколебаниях напряжения могут быстро развиваться до недопустимого уровня.

Динамика (прочностная) авиационных ГТД включает в себя главное:

-расчетное и экспериментальное определение собственных частот и

форм колебаний деталей и узлов,

-анализ источников возбуждения колебаний,

-анализ условий возникновения резонансов и мер по их устранению,

-исследование демпфирования колебаний и способов его повышения,

-исследование автоколебаний и средств их устранения,

-определение критических частот вращения роторов, в том числе многовальных,

-исследование способов снижения вибраций двигателя и оптимизации

упруго-демпферных опор,

-разработка экспериментальных методов регистрации и анализа переменных процессов в деталях и узлах двигателя в рабочих условиях,

-разработка методов вибрационной диагностики тех. состояния двигателя.