Разработка методики проектирования упругодемпфирующих опор из материала МР для трубопроводов ГТД тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

На правах; рукописи

ШВЕЦОВ Антон Владимирович

Разработка методики проектирования упругодемпфирующих опор из материала МР для трубопроводов ГТД

01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

4 ДЕК 2014

Самара-2014

005556407

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) на кафедре конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов

Научный руководитель:

Уланов Александр Михайлович, доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Антипов Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения» (СамГУПС), профессор кафедры механики и инженерной графики;

Иванов Борис Георгиевич, доктор технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» (СГАСУ), профессор кафедры технологии и организации строительного производства.

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» (СамГТУ)

Защита состоится « 29 » декабря 2014 года в \2 часов на заседании диссертационного совета Д212.215.02 при федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)» (СГАУ) по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте http://www.ssau.ru/resources/dis рго1ес1юп/ЗЬуе150у/ ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)»

Автореферат разослан « 6_» ноября_2014 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Скуратов Д.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. При создании современных газотурбинных двигателей (ГТД) одной из проблем является обеспечение прочности трубопроводов при воздействии на них внутренних и внешних вибрационных нагрузок от различных источников возбуждения. Обеспечение вибрационной прочности трубопроводов непосредственно связано с работоспособностью систем двигателя и двигателя в целом. Стоимость создания трубопроводных систем зачастую оказывается высокой, так как требует большого объёма экспериментальных работ, поэтому грамотное проектирование трубопроводов снижает издержки при их доводке.

Источником внешнего возбуждения колебаний трубопроводов являются элементы конструкций двигателей. Эти элементы представляют собой механические колебательные системы с густым спектром собственных частот.

Снижение переменных напряжений в трубопроводах путем демпфирования колебаний с помощью упругодемпфирующих опор (УДО) получает в настоящее время всё большее распространение в конструкциях трубопроводов ГТД. Постановкой УДО, допускающих осевые смещения и поворот трубопровода, можно достичь увеличения гибкости трубопроводных ниток и свести к минимуму монтажные и термические нагрузки, уменьшить число компенсационных устройств. Их применение позволяет также снизить массу системы путём уменьшения количества опор. Особенно перспективным для УДО трубопроводов является проволочный материал MP благодаря его высокому рассеиванию энергии колебаний, большой прочности, стойкости к высоким и низким температурам, воздействию агрессивных сред, большим инерционным нагрузкам, характерным для трубопроводов авиационных двигателей.

В существующих методах расчёта конструкций трубопроводов зачастую проводится идеализация реальной схемы до сведения её к простейшим типовым элементам, упрощение граничных условий, отсутствует учёт нелинейности материала MP и т.д. Комплексный подход к расчёту трубопроводных систем с УДО из материала MP современными средствами, который давал бы возможность определять параметры и расположение опор уже на стадии разработки предварительной монтажной схемы трубопроводной системы на базе электронного макета, значительно сокращал бы трудоёмкость и время доводки изделия, представляется весьма актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Развитие методов расчёта вибрационного состояния трубопроводов, совершенствование конструкций демпфирующих элементов трубопроводных систем, исследование и применение новых демпфирующих материалов тесно связано с именами отечественных и зарубежных исследователей: П.Ф. Андреева, А.И. Белоусова, В.В. Болотина, В.Н. Бузицкого, Р.Ф. Ганиева, М.Д. Генкина, П.П. Гетманчука, А.Д. Дербаремдикера, С. В. Елисеева, A.A. Комарова, Н.С. Кондрашова, Г.М. Макарьянца, М.А. Мальтеева, Е.А. Панина, Ю.К. Пономарёва, А.Б. Прокофьева, A.M. Сойфера, Н.И. Старцева, В.В. Турецкого, A.M. Уланова, B.C. Ушакова, Ю.И. Федорова, К.В. Фролова, Д.Е. Чегодаева, Е.В. Шахматова, В.П. Шорина, И.Д. Эскина, Г. Ольсона и многих других. Качественный и количественный анализ возможности

демпфирования в элементах гидравлических систем показал, что наиболее эффективным, простым и надёжным средством гашения поперечных резонансных колебаний трубопроводов следует признать УДО. Указанными выше авторами отмечается эффективность применения в качестве УДО трубопроводов опор с использованием демпфирующего материала MP вместо резины.

В то же время существующие методики проектирования УДО трубопроводов рассматривают трубопроводы упрощённой формы (прямолинейные или с 1-2 изгибами-коленами), не учитывают нелинейность демпфирующего материала опор, не в состоянии рассчитывать напряжения в трубопроводах даже при известных вибрационных нагрузках. Поэтому разработка методик проектирования УДО трубопроводов, свободной от данных

недостатков, является насущной задачей.

Цель исследования: повышение эффективности процесса проектирования трубопроводных систем двигателей за счёт разработки методики проектирования упругодемпфирующих опор из материала MP для трубопроводов ГТД. Задачи исследования:

1 Экспериментальное исследование упругодемпфирующих элементов из материала MP малой толщины (от 1 до 10 мм) и определение зависимостей

характеристик этих элементов от их параметров.

2 Разработка методики расчёта колебаний трубопровода произвольной формы с УДО из материала MP в пакете ANSYS с целью получения значении коэффициента рассеивания энергии и жёсткостей, необходимых для проектирования УДО. Экспериментальная проверка методики с применением

измерительной системы ARAMIS.

3 Разработка методики определения конструктивных параметров демпфирующего элемента из MP для обеспечения потребных значении жёсткостей и коэффициентов рассеивания энергии.

4 Разработка методики проектирования УДО из материала MP для трубопроводов произвольной формы.

Научная новизна:

1 Установлены зависимости характеристик (жёсткости С и коэффициента рассеивания энергии у/) элементов малой толщины (от 1 до 10 мм) из материала MP от его конструктивных параметров (толщины Н, плотности р, диаметра проволоки d„, относительной предварительной статической деформации еа и

относительной амплитуды деформации ел).

2 Разработана методика расчёта колебаний трубопровода произвольной формы с опорами из MP с помощью программы ANSYS и специально написанной

программы на языке Delphi «Calculation».

3 Разработана методика определения оптимальных конструктивных параметров элементов из MP, обеспечивающих заданные значения жёсткостей и коэффициентов рассеивания энергии для УДО трубопроводов сложной формы,

проектируемых вновь.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы состоит в выявлении закономерностей деформирования тон-

ких пластин из материала МР, которые положены в основу подхода к расчету колебаний трубопровода произвольной формы с УДО из нелинейного материала МР Данный подход может быть распространен на расчёт трубопроводов с применением других демпфирующих материалов. Также разработан комплексный подход к проектированию УДО в составе трубопроводных систем ГТД. Практическая значимость работы заключается в следующем: разработана программа по определению оптимальных конструктивных параметров элементов из материала МР малой толщины, обеспечивающих заданные характеристики элементов; предложена методика определения характеристик и конструктивных параметров элементов из МР малой толщины для применения этих элементов в УДО трубопроводов, проектируемых вновь; разработан алгоритм проектирования трубопроводных систем ГТД, позволяющий увеличить эффективность и сократить время разработки трубопроводных систем с учётом выбора типа и расположения опор, их изготовления и доводки. Результаты работы переданы для использования в ОАО «Кузнецов» и внедрены в учебный процесс кафедры КиПДЛА СГАУ.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись методы математического анализа, динамики и прочности, программирование с использованием языков высокого уровня, комплексная система автоматизированного проектирования МХ, программный комплекс на основе метода конечных элементов АШУБ, измерительная система АЫАМ1Ь.

Положения, выносимые на защиту:

- установление зависимостей характеристик элементов из материала МР (жёсткости С, коэффициента рассеивания энергии от их конструктивных

параметров;

- методика расчёта колебаний трубопровода сложной пространственной конфигурации с опорами из МР с целью получения значений коэффициента рассеивания энергии и жёсткостей, потребных для проектирования УДи;

- методика определения конструктивных параметров элементов из материала МР для применения этих элементов в УДО вновь проектируемых

трубопроводов; ™.тт

- методика проектирования трубопроводных систем ГТД с применением

методики расчёта колебаний трубопроводов с УДО из МР и методики определения конструктивных параметров этих УДО.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, использованием научно обоснованных расчетных схем, применением апробированных численных и аналитических методов расчёта, сходимостью с результатами проведенных экспериментов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных российских и международных конференциях и симпозиумах: научно-практической конференции студентов и аспирантов в рамках всероссийской студенческой олимпиады по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки» (Рыбинск, РГАТА, 2009 г.); VI Всероссийской научно-практаческои конференции творческой молодёжи «Актуальные проблемы авиации и космонавтики» (Красноярск, 2010 г.); международной научно-техническои конференции

«Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, 2011 г.); симпозиуме с международным участием «Самолётостроение России. Проблемы и перспективы» (Самара, 2012 г.); международном научно-техническом форуме, посвященном 100-летию ОАО «Кузнецов» и 70-летию СГАУ (Самара, 2012 г.); международном форуме двигателестроения (НТКД-2014, АССАД, Москва, 2014).

Работа выполнена при поддержке Правительства РФ (Минобрнауки) на основании Постановления правительства РФ №218 от 29.04.2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 5 статей в журналах из перечня ведущих периодических изданий, рекомендованных высшей аттестационной комиссией Министерства образования

и науки РФ; 1 учебное пособие.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 114 наименований. Общий объём работы составляет 164 страницы, включая 89 рисунков, 36 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и выбранного направления исследования, сформулирована цель исследования, представлены научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, изложены методы исследования, степень достоверности и апробация результатов.

В первой главе проведен обзор современных проблем проектирования трубопроводных систем и опор трубопроводов, применяемых в различных областях (в том числе для ГТД). Анализ тенденций развития методов демпфирования колебаний трубопроводов позволяет выделить УДО в качестве эффективных и перспективных демпфирующих устройств. Представлен обзор и анализ конструкций трубопроводных систем. Рассмотрены особенности их работы в зависимости от областей применения. Проведена классификация трубопроводов по конструктивным, производственно-технологическим и эксплуатационным признакам. Проведен обзор и анализ конструкций узлов крепления и УДО трубопроводов.

Вторая глава посвящена исследованию характеристик УДО при нагружении. Для определения потребных характеристик (значений коэффициента рассеивания энергии и жёсткостей) УДО применяется расчёт колебаний трубопровода произвольной формы в пакете А^УБ. Для моделирования опор в УШБУБ наиболее удобно применение конечных элементов с вязким трением СОМВ1Ш4, поэтому на основании эквивалентности петель гистерезиса по площади и жёсткости установлена связь между вязким трением и сухим трением в

УДО из МР С,, где С - жёсткость; т - частота колебаний; С„ -

2 яа

коэффициент вязкого трения.

Для опор трубопроводов характерно применение пластин из материала МР с НЫШ 6 [10; 40]. Для определения зависимостей характеристик материала МР от его конструктивных параметров был проведен эксперимент с восемью образцами с различными параметрами из материала МР в виде круглых пластин с радиусом

г0 = 20,5 мм. Определяющими параметрами в эксперименте являлись размеры элемента Я и г0, масса элемента тш, давление прессования элемента арт„ характеристики материала проволоки - модуль упругости £, и плотность р.,, характеристики проволочной спирали (диаметр проволоки шаг спирали <,)> амплитуда деформации Л и предварительная статическая деформация В качестве определяемого параметра было выбрано усилие сжатия.

На установке фирмы «ОаЫаЫш» определялись петли гистерезиса пластин. По ним далее рассчитывались Сну/ для каждого элемента в установленных диапазонах относительной предварительной статической деформации ед и относительной амплитуды деформации ел. Диапазоны еа и ^ охватывали значения, применяемые в опорах трубопроводов, и составляли е[0,043;0,183]; ^ е[0,087;0,262] (значения ед и ел, превышающие данные, ведут к быстрому износу опор трубопроводов). Перед экспериментом пластины выпрямлялись небольшой (10...15 Н) силой так, чтобы расстояние между опорными поверхностями установки равнялось толщине пластины в свободном состоянии.

Результаты эксперимента аппроксимированы следующими функциями: С = 14(1 + 363е^'5) (I + 727г,3;45) Л? /0,262)°-°""5 (р/ОД)'^0"""-(Н/мм); (1)

ц, = 1,71(1"7,23Я°-,3(г -0,048)) (1 -0,1(10,5^ -1)2)<*Г Я°»(0,095х

х(0,2 (2)

Данные эмпирические зависимости в исследованном диапазоне имеют точность в пределах 10%, что можно считать достаточным, так как отличие характеристик изделий из материала МР достигает 10% по технологическим причинам. Кроме того, параметры <*„, Я и р являются технологическими и известны до расчёта колебаний трубопровода. Поэтому при расчёте колебаний трубопровода методом конечных элементов достаточно использовать зависимости Сиу/ от г,, рассчитанные для конкретной опоры по уравнениям (1) и (2).

Проведен анализ результатов статического эксперимента, при котором выявлено, что характеристики пластин малой толщины (ЯЧ, е [10; 40]) из материала МР имеют некоторые особенности по сравнению с характеристиками обычного материала МР (для упругодемпфирующих элементов виброизоляторов

характерно ЯЧ > 100):

- с уменьшением толщины пластины коэффициент рассеивания энергии в материале МР падает, что подтверждается экспериментально;

- влияние относительной плотности материала р на жёсткость уменьшается

с уменьшением толщины;

- при постоянной относительной плотности с увеличением диаметра проволоки уменьшается количество проволок, и, соответственно, контактов в материале МР, поэтому коэффициент рассеивания энергии уменьшается.

Для учета нелинейности зависимости значений С и у/ от амплитуд перемещений в направлении различных осей А, предлагается использовать метод последовательных приближений по амплитуде А1 = £л Я.

Конечные элементы, моделирующие УДО, расположены в двух взаимно перпендикулярных направлениях нормально к оси трубопровода. Вдоль оси трубопровода в УДО рассматривается только действие силы трения материала МР о трубопровод. Эта сила равна произведению реакции в соответствующем конечном элементе опоры на коэффициент трения МР о металл (для стали и титана он равен 0,1). Сдвиговые деформации в упругодемпфирующем элементе опоры (изогнутой пластине из МР) предполагаются отсутствующими вследствие того, что его толщина (1...3 мм) значительно меньше его ширины (10...15 мм). Моментную жёсткость УДО в разрабатываемой методике предлагается моделировать, распределяя опору по нескольким конечным элементам по длине трубопровода. При поворотах трубопровода во время колебаний каждый из этих конечных элементов будет иметь свое перемещение, соответственно, каждый из присоединённых к ним конечных элементов опоры будет иметь свою деформацию и свою реакцию, сложение которых и будет определять моментную жёсткость.

Трубопровод радиуса К при перемещении в каком-либо направлении с величиной А воздействует на упругодемпфирующий элемент опоры (тонкую пластину) с шириной В в пределах дуги 180°. Однако в ее пределах материал МР сжат неравномерно в зависимости от угловой координаты <р от направления перемещения трубопровода — на величину Д = Лсозр . Из (1) можно определить жёсткость на единицу площади 5" опоры при одинаковой амплитуде деформации С5 = С/6" = С!{яКВ). Тогда реакция бесконечно малого элемента опоры с углом равна С, ЯВА соэ (р(1(р = (СА со5 г/х1(р)1 л, а реакция всей опоры в направлении

2 А *'г

перемещения трубопровода Р - — I С соб2 (р1(р. При этом жёсткость С для

я о

нелинейного материала зависит от деформации и, соответственно, от координаты 9. Поэтому данный интеграл следует брать численно, рассчитывая значения С по уравнению (1). Но если в первом приближении допустить, что С постоянна, получим ^ = СА/2, то есть при сжатии трубопроводом изогнутой пластины работает 1/2 ее площади, что следует учитывать при расчёте значения жёсткости. Значение коэффициента рассеивания энергии при сжатии изогнутой пластины в разрабатываемой методике принято таким же, как для прямолинейной пластины.

В третьей главе представлена методика расчёта колебаний трубопровода произвольной формы с применением пакета АЫБУЗ. Данный расчёт должен предоставить информацию для проектирования УДО (потребные значения С и у/). Сформирована типовая модель трубопроводной системы ГТД в результате проведённой классификации трубопроводов топливной и масляной систем двигателя НК-36СТ по геометрическим параметрам (наружный диаметр, толщина стенки). Для проверки методики проведено экспериментальное исследование динамики трубопровода из титанового сплава ПТ-7М, с внешним диаметром 6,2 мм, внутренним диаметром 5,0 мм. Эксперимент ставил перед собой цель собрать возможно большую информацию для отработки расчётной модели в АМБУБ. Для исследования колебаний модели трубопровода использовался вибрационный стенд ВДС-1500. Измерения колебаний трубопровода осуществлялись при

помощи бесконтактной системы А11АМ1Б (рисунок 1). Для контроля измерений с использованием системы АКАМБ на трубопроводе был также установлен датчик виброускорения КД-32. Результаты совпадают с результатами, полученными при помощи системы АЕАМК, с погрешностью не более 2%.___________________________________

Злеменп из MP

Рисунок 1 - Измерение перемещений системой ARAMIS

В демпфирующей опоре установлена охватывающая трубопровод пластина из MP. Предварительная статическая деформация материала MP Q равна радиусу трубы плюс толщина пластины минус радиус отверстия в колодке опоры.

Колебания трубопровода зависят не только от характеристик демпфирующей опоры, но и от характеристик штуцерных опор. Жёсткости штуцерной опоры определены при помощи статического нагружения на установке "Galdabini" . Коэффициент рассеивания энергии в штуцерных опорах и материале трубопровода определен по коэффициенту усиления вибрации в динамическом эксперименте с трубопроводом без УДО.

Конечно-элементная модель трубопровода сформирована при помощи элементов PIPE 16, позволяющих учесть вес жидкости внутри трубопровода. Вибрационные нагрузки от пульсации жидкости внутри трубопровода в предлагаемой методике не учитываются, так как в ГТД (в отличие от, например, жидкостных ракетных двигателей) основным источником колебаний является именно внешнее кинематическое возбуждение опор трубопроводов. Если возбуждение в различных опорах различно по амплитуде и фазе, в предлагаемой методике предлагается выполнить отдельные расчёты колебаний от каждого возбуждения по отдельности, а затем суммарную амплитуду применить для коррекции значений коэффициента рассеивания энергии и жёсткостей в процессе последовательного приближения для учёта нелинейности характеристик материала MP.

При наличии достаточной информации о нагрузках (полученной непосредственными измерениями на двигателе, взятой из имеющейся статистики, полученной из расчётной модели виртуального двигателя и т.д.), разрабатываемая методика позволяет рассчитывать напряжения, возникающие в трубопроводе (рисунок 2), что является ещё одним её достоинством по сравнению с существующими методиками расчёта колебаний трубопроводов.

Выполнено исследование колебаний трубопровода при установке четырёх вариантов пластин из материала МР (с различной плотностью и различной предварительной относительной деформацией) и различной вибрационной нагрузке. Максимальное расхождение расчётных данных и данных, полученных

STEP-1 SU5 -27 FHEQ-207 REAL OHLY SSQV (AVG)

OMX -.Ч89Е-0-1 SMM -516534 SMX - . 550E*07

—— 7

S1BB34 .1Б2Е*

.107E+07 i pipe 16 germ lmt,30

Рисунок 2 - Распределение эквивалентных напряжений в трубопроводе на частоте 207 Гц, образец 1,W1=30 м/с2 при динамическом эксперименте, не превышает 6% по частоте и 9% по амплитуде. Следовательно, допущения, принятые в разрабатываемой методике расчёта колебаний трубопровода произвольной формы, не приводят к значительным отклонениям расчётных значений от экспериментально полученных, и методика может быть применена для определения потребных значений Си ^ при проектировании УДО.

Четвертая глава работы посвящена практическому применению результатов исследования. Рассмотрен процесс автоматизированного проектирования трубопроводов с УДО, требующий создания программно-технического комплекса, в состав которого будут интегрировано входить как программные продукты ведущих корпораций - производителей программного обеспечения, так и собственные программные разработки. Представлен алгоритм расчёта колебаний трубопровода методом последовательных приближений с помощью программы ANSYS и программы «Calculation l.exe», написанной на

языке Delphi, специально для расчёта характеристик пластин из материала MP в соответствии с их конструктивно-технологическими параметрами.

Приведено описание и алгоритм разработанной методики определения конструктивных параметров УДО из MP для вновь проектируемого трубопровода на базе расчёта колебаний этого трубопровода в пакете ANSYS (рисунок 3).

Рисунок 3 - Методика определения конструктивных параметров элементов из МР обеспечивающих потребные С и у в УДО вновь проектируемого трубопровода

Параметры демпфирующих элементов из MP, обеспечивающих рассчитанные в ANSYS (потребные) значения жёсткости и коэффициента рассеивания энергии для этих элементов, определяются с помощью специально разработанной программы на языке Delphi «Calculation 2» (рисунок 4).

Достоверность разработанной методики проверена анализом существующих конструкций УДО, перспективных для применения на авиационных двигателях. Методика опробована при расчёте и определении конструктивных параметров

Точность совпадения потребных и рассчитанных значений жесткости и коэффициента рассеивания энергии

Потребные значения жесткости и коэффициента рассеиваккя энергии, полученные из расчета в ANSYS (Ввод вручную)

Шаг. с которым подбираются значений предварительной статической деформации, толщины и плотности элемента из МР (Ввод вручную)

Задание констант:

- относительной амллнтч'ды из расчета в АКБУБ

• диаметра проволоки на основании производственных возможностей;

- площади элемента, продиктованной конструкцией опоры (Ввод вручную)

Запуск

Рассчитанные значения жесткости и коэффициента рассеивавш энергии

Определенные параметров, обеспечивающих потребные жесткость и коэффициент рассеивания энергии элемента из MP в пределах заданного допуска

Диапазоны вводимых значений (по результатам статического эксперимента)

Когда решение не может оьгть найдено, вы аз ечив ается <<решеннене найдено». Необходимо расширить допуск, изменить шаг или скорр ектнр ов атъ исходные параметры

Выход из программы

Рисунок 4 - Окно программы «Calculation 2»

элемента из материала MP, примененного в УДО трубопровода гидравлической системы двигателя НК-36СТ.

Предложенная методика проектирования УДО из MP для вновь проектируемого трубопровода на базе расчёта колебаний трубопровода в пакете ANSYS позволяет увеличить эффективность и сократить время разработки трубопроводных систем с учётом выбора типа и расположения опор, их изготовления и доводки.

Это может быть достигнуто проведением работ на электронном макете двигателя и исключением необходимости в изготовлении корпуса двигателя и агрегатов воздушных и гидравлических систем для проведения макетирования и прокладки трубопроводов. Методика также позволяет применять тензометрирование только как контрольную операцию на этапе доводки в подтверждение результатов расчёта и не изготавливать заново трубопроводы каждый раз при изменении их конфигурации по результатам испытаний. Следовательно, сокращается число испытаний каждого трубопровода.

Предложен алгоритм проектирования трубопроводных систем с использованием этой методики и CAD-CAE систем (рисунок 5).

Рисунок 5 - Методика проектирования трубопроводных систем с использованием методики расчёта пространственных колебаний трубопроводов с УДО в ANSYS и методики определения параметров УДО в программе «Calculation 2»

При наличии зависимостей жёсткости и коэффициента рассеивания энергии от амплитуды деформации предложенную методику проектирования УДО трубопроводов можно применять и в случае использования в УДО трубопроводов элементов из других материалов, помимо MP.

Данная методика основана на использовании современных программных продуктов (схема взаимодействия применяемых программ представлена на рисунке 6), что позволяет с легкостью внедрить её в САПР предприятия.

Рисунок 6 - Взаимодействие программных модулей Заключение

В результате проведённых исследований решена актуальная научно-техническая задача, имеющая существенное значение для повышения эффективности процесса проектирования трубопроводных систем двигателей за счёт разработки методики проектирования систем демпфирования внешней вибрации на основе материала МР. Применение данной методики позволяет

сократить время разработки трубопроводных систем с учётом выбора типа и расположения опор, их изготовления и доводки.

По результатам работы сформулированы следующие выводы.

1 На основании экспериментального исследования упругодемпфирующих элементов из материала МР малой толщины (от 1 до 10 мм) определены зависимости характеристик элементов из МР от их конструктивных параметров, что позволяет моделировать УДО из материала МР в пакете ANS YS.

2 Разработана методика расчёта колебаний трубопроводов сложной формы с моделированием их опор из материала МР в пакете ANSYS. Расхождение экспериментально полученных (при помощи бесконтактной измерительной системы ARAMIS) и расчётных значений амплитуд и собственных частот не превысило 10%. Это позволяет использовать методику для проектирования УДО трубопроводов.

3 На основании полученных эмпирических зависимостей разработана методика определения конструктивно-технологических параметров демпфирующего элемента из МР, что позволяет обеспечить потребные значения коэффициента рассеивания энергии и жёсткостей проектируемых УДО.

4 На основании разработанных методик создана методика проектирования УДО из материала МР для трубопроводов сложной конфигурации с учётом выбора типа и расположения опор на электронном макете двигателя. Это позволяет увеличить эффективность по времени проектирования трубопроводных систем авиационных двигателей более чем в 2,5 раза с учётом доводки и изготовления. На базе алгоритма расчёта параметров УДО предложен вычислительный комплекс, состоящий из современных CAD/CAE-пакетов и разработанных программ, которые позволяют автоматизировать процесс проектирования трубопроводных систем и передачу данных между компонентами комплекса, который может быть легко интегрирован в САПР изделия.

Таким образом, поставленная цель исследования достигнута.

Результаты работы предполагают следующие направления дальнейших исследований.

1 Исследование связанных колебаний пучков трубопроводов и проектирование на основании этого исследования УДО для пучков трубопроводов.

2 Учёт силы трения в окружном направлении при прецессионном движении трубопровода в опоре.

Перечень публикаций по теме диссертационной работы

Статьи в журналах из перечня ведущих периодических изданий, рекомендованных ВАК:

1. Швецов, A.B. Исследование вибрационного состояния трубопроводов авиационного двигателя в среде ANS YS / A.B. Швецов, Ф.В. Паровай // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2010. - Т.12. - №4(36). - С. 316-320.

2. Уланов, А.М. Механические характеристики демпферов опор трубопроводов из материала МР / А.М. Уланов, A.B. Швецов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева, 2011. - № 3(27). - С. 9499.

3. Уланов, А.М. Исследование кольцевого демпфера из материала МР при одновременном нагружении в осевом и радиальном направлениях / А.М. Уланов, A.B.

Швецов, Ф.В. Паровай // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева, 2011. - № 3(27). - С. 141-145.

4. Швецов, A.B. Моделирование динамики трубопроводов авиационного двигателя /A.B. Швецов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева, 2012. - № 5 (36). - С. 219-223.

5. Швецов, A.B. Экспериментальное исследование колебаний трубопровода ГТД с опорой из MP для отработки методики расчёта в среде ANSYS / A.B. Швецов, Д.С. Лёжин, A.M. Уланов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева, 2012. - № 3(34). - С. 245-250.

Прочие публикации:

6. Швецов, A.B. Расчёт системы воздухоснабжения газогенератора авиационного двигателя / А. В. Швецов // Сборник трудов научно - практической конференции студентов и аспирантов в рамках всероссийской студенческой олимпиады по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки». - Рыбинск-РГАТА, 2009. - С. 93-97.

7. Швецов, A.B. Некоторые аспекты разработки методики проектирования систем трубопроводов ГТД / A.B. Швецов, C.B. Фалалеев // Материалы докладов VI Всероссийской научно-практической конференции творческой молодёжи «Актуальные проблемы авиации и космонавтики», 12-16 апреля. - Красноярск: СибГАУ, 2010 - С 7072.

8. Швецов, A.B. Исследование динамики трубопроводов ГТД с упругодемпфирующими опорами из материала MP/ А.В Швецов// Материалы докладов Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» -Самара, 2011.-Ч.1.-С. 25-27.

9. Уланов, A.M., Исследование жёсткости и коэффициента рассеивания энергии тонких пластин из материала MP / A.M. Уланов, A.B. Швецов // Материалы докладов Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», 28-30 июня. - Самара: СГАУ, 2011. - С. 27-28.

10. Швецов, A.B. Теоретические исследования динамики трубопроводов авиационного двигателя с использованием ANSYS / А. В. Швецов // Симпозиум с международным участием «Самолётостроение России. Проблемы и перспективы». Тезисы докладов 2-5 июля. - Самара: СГАУ, 2012. - С. 434-436.

11. Швецов, A.B. Теоретико-экспериментальные исследования вынужденных колебаний трубопроводов авиационного двигателя / А. В. Швецов // Сборник трудов Международного научно-технического форума, посвященного 100-летию ОАО «Кузнецов» и 70-летию СГАУ, 5-7 сентября. - Самара: СГАУ, 2012. - Т.2. - С. 74-75.

12. Уланов, A.M. Экспериментальное исследование колебаний трубопровода ГТД с демпфирующей опорой из проволочного материала MP с использованием бесконтактной измерительной системы ARAMIS / А. М. Уланов, A.B. Швецов, A.B. Собуль // Сборник трудов Международного научно-технического форума, посвященного 100-летию ОАО «Кузнецов» и 70-летию СГАУ, 5-7 сентября. - Самара: СГАУ, 2012. - Т. 1. - С. 14-15.

13. Швецов A.B. Методика определения параметров упругодемпфирующих опор из материала MP для трубопроводов ГТД / А. В. Швецов // Материалы Международного форума двигателестроения (НТКД-2014), 15-17 апреля.-Москва: АССАД 2014 -4 1 -С. 204-207. '

Подписано в печать 27.10.2014. Формат 60 х 84/16. Бумага ксероксная. Печать оперативная. Объем - 1,0 усл. п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 173.

Отпечатано в типографии ООО «Инсома-пресс» 443080, г. Самара, ул. Санфировой, 110 А; тел.: 222-92-40