ВЕСТНИК
ПЕРМСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ISSN (Print): 2224-9982 ISSN (Online): 2304-6457 | ||
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРУГИХ СВОЙСТВ ПРОСТРАНСТВЕННО-АРМИРОВАННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С УЧЕТОМ РЕАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ А.Н. Аношкин, П.В. Писарев, К.В. Роман Получена: 06.12.2022 Рассмотрена: 20.01.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
В рамках исследования рассматривается волокнистый композиционный материал с пространственной ортогональной схемой плетения каркаса из углеродных нитей, пропитанных полимерным связующим. Сложная схема переплетения армирующего каркаса обеспечивает нелинейный характер деформирования материала при высоких квазистатических или длительных циклических нагрузках, что приводит к необходимости численного прогнозирования эффективных упругих свойств с учетом реальных параметров структурных элементов материала. Проведены исследования микроструктуры образцов пространственно-армированного композиционного материал с помощью рентгенографической многоракурсной съемки и оптического инвертированного микроскопа. По результатам микроструктурных исследований определены средние значения и коэффициенты вариации параметров ячейки плетения каркаса. Разработан алгоритм и построены геометрические модели ячеек и фрагментов структуры композиционного материала с осредненными параметрами нитей армирующего каркаса. Методом осреднения по объему решена задача микромеханики, определены поля структурных напряжений и деформаций для модели ячейки периодичности и фрагмента рассматриваемого композита. По результатам осреднения микроструктурных полей на ячейке периодичности и фрагменте пространственно-армированного композиционного материала с использованием метода локального приближения рассчитаны эффективные упругие свойства композита, проведено сравнение с экспериментальными данными. Выявлено, что применение метода локального приближения позволило повысить точность численных расчетов модуля сдвига Gxy на 4 % по сравнению с результатами, полученными с помощью других подходов (осреднения на ячейке периодичности и на фрагменте структуры). Кроме того, при методе локального приближения диапазон разброса свойств сократился до 2 %. Отличие численных результатов от экспериментальных варьируется в этом случае от 5 до 7 % для модулей Ex, Ey и Gxy. Ключевые слова: пространственно-армированный композиционный материал, численное моделирование, исследование микроструктуры, геометрические параметры структуры, технологические отклонения, геометрическое моделирование, ячейка периодичности, микромеханика, метод осреднения, метод конечных элементов, метод локального приближения, эффективные упругие свойства. Сведения об авторах:
Аношкин Александр Николаевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: aan-02@yandex.ru). Писарев Павел Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: pisarev85@live.ru). Роман Ксения Владимировна (Пермь, Россия) – младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пространственно-армированных композиционных материалов кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: kvroman@pstu.ru). Список литературы: 1. Handbook of advances in braided composite materials: Theory, production, testing and applications / J.P. Carey (ed.). – Woodhead Publishing, 2016. – P. 496. 2. Bilisik K. Multiaxis three-dimensional weaving for composites: a review // Textile Research Journal. – 2012. – Vol. 82, № 7. – Р. 725–743. DOI: 10.1177/0040517511435013 3. Bilisik K. Three-dimensional braiding for composites: A review // Textile research journal. – 2013. – Vol. 83, № 13. – Р. 1414–1436. DOI: 10.1177/0040517512450766 4. Богомолов П.И., Козлов И.А., Бируля М.А. Обзор современных технологий изготовления объемно-армирующих преформ для перспективных композиционных материалов // Технико-технологические проблемы сервиса. – 2017. – № 1 (39). – С. 22–27. 5. Espadas-Escalante J.J., Dijk N.P. van, Isaksson P. The effect of free-edges and layer shifting on intralaminar and interlaminar stresses in woven composites // Composite Structures. – 2018. – Vol. 185. – Р. 212–220. 6. Investigation of the strength loss of HMWPE yarns during manufacturing process of 3D warp interlock fabrics / M. Li et al. // Applied Composite Materials. – 2022. – Vol. 29, № 1. – Р. 357–371. 7. Hobbs R.E., Ridge I.M.L. A new estimate of the yarn-on-yarn friction coefficient // The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. – 2018. – Vol. 53, № 4. – Р. 191–196. DOI: 10.1177/0309324718760883 8. Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно неоднородных тел. – М.: Наука, 1984. – 115 с. 9. Евдокимов А.А., Гуляев И.Н., Зеленина И.В. Исследование физико-механических свойств и микроструктуры объемно-армированного углепластика // Труды ВИАМ. – 2019. – № 4 (76). – С. 38–47. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-4-38-47 10. Евдокимов А.А., Гуляев И.Н., Начаркина А.В. Исследование физико-механических свойств объемно-армированного углепластика // Труды ВИАМ. – 2020. – № 3 (87). – С. 66–73. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-3-66-73 11. Разработка алгоритма поиска дефектов на томографических срезах для исследования композитных материалов методом микрофокусной томографии / В.Б. Бессонов и др. // Физические основы приборостроения. – 2020. – Т. 9, № 4. – С. 60–63. DOI: 10.25210/jfop-2004-060063 12. OpenMP: сайт [Электронный ресурс]. – URL: https://www.bruker.com/ (дата обращения: 10.04.2023). 13. Prediction of elastic characteristics of spatially reinforced composite materials / A.N. Anoshkin et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2018. – Vol. 406, № 1. – Р. 012023. 14. Sun Y., Lueth T.C. Sgcl: A b-rep-based geometry modeling language in matlab for designing 3d-printable medical robots // 2021 IEEE 17th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE). – IEEE, 2021. – Р. 1388–1393. 15. Towards untrimmed NURBS: CAD embedded reparameterization of trimmed B-rep geometry using frame-field guided global parameterization / R.R. Hiemstra et al. // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 2020. – Vol. 369. – Р. 113227. 16. 3D B-Rep meshing for real-time data-based geometric parametric analysis / T. Maquart et al. // Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. – 2021. – Vol. 8. – Р. 1–28. 17. Anoshkin A.N., Sokolkin Y.V., Tashkinov A.A. Microstress fields and the mechanical properties of disordered fiber composites // Mechanics of composite materials. – 1991. – Vol. 26. – Р. 628–633. 18. Аношкин А.Н. Микромеханический анализ неупругого деформирования однонаправленных волокнистых композитов при многоосном нагружении и сдвиге // Механика композит. материалов. – 2003. – Т. 39, № 5. – С. 575–586. 19. Chamis C.C. Mechanics of composite materials: past, present, and future // J Compos Technol Res ASTM. – 1989. – Vol. 11. – P. 3–14. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ВНУТРИКАМЕРНЫХ ПРОЦЕС-СОВ В МНОГОСОПЛОВОМ РАКЕТНОМ ДВИГАТЕЛЕ НА ТВЁРДОМ ТОПЛИВЕ ЧАСТЬ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА М.Ю. Егоров, Д.М. Егоров, С.М. Егоров, В.И. Белов Получена: 15.01.2023 Рассмотрена: 20.01.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Ракетный двигатель на твёрдом топливе – весьма сложная техническая система, в которой одновременно протекает ряд взаимосвязанных нестационарных и существенно нелинейных физико-химических процессов. В данной статье приводятся результаты численных расчётов динамики переходных внутрикамерных процессов в многосопловом ракетном двигателе на твёрдом топливе, полученные с использованием разработанной ранее методики расчёта и созданного на её основе пакета прикладных программ. На начальном этапе работы в камере сгорания ракетного двигателя генерируется интенсивный волновой переходный процесс. Полной геометрической симметрии по параметрам гомогенно-гетерогенного потока продуктов сгорания, особенно в поперечных сечениях камеры сгорания и многосоплового блока, не наблюдается. Наблюдается чётная (нечётная) симметрия поперёк щелей заряда твёрдого топлива и сопловых блоков. Данный эффект есть следствие наличия волнового процесса и неравномерного перемешивания продуктов сгорания. При выходе на режим работы и далее по времени работы ракетного двигателя в районе установки воспламенительного устройства и в районе стыковки корпуса и многосоплового блока (в зазоре между торцом заряда твёрдого топлива и многосопловым блоком) формируются особые локальные зоны повышенного теплового воздействия продуктов сгорания. Теоретически это может привести к прогару стенки корпуса и разрушению конструкции ракетного двигателя на твёрдом топливе, что и подтверждается результатами его стендовых испытаний. Полученная расчётная информация может быть успешно использована при проектировании и отработке новых образцов ракетной техники на твёрдом топливе. Ключевые слова: численное исследование, многосопловый ракетный двигатель на твёрдом топливе, срабатывание воспламенительного устройства, горение заряда твёрдого топлива, газовая динамика в камере сгорания и сопловом блоке, результаты расчёта. Сведения об авторах:
Егоров Михаил Юрьевич (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Высшая математика», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: egorov-m-j@yandex.ru). Егоров Дмитрий Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, генеральный директор, Научно-исследовательский институт полимерных материалов (Пермь, 614113, ул. Чистопольская, 16, e-mail: egorovdimitriy@mail.ru). Егоров Сергей Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат физико-математических наук, начальник расчётного отдела, Научно-исследовательский институт полимерных материалов (Пермь, 614113, ул. Чистопольская, 16, e-mail: know_nothing@bk.ru). Белов Василий Игоревич (Пермь, Россия) – старший научный сотрудник расчётного отдела, Научно-исследовательский институт полимерных материалов (Пермь, 614113, ул. Чистопольская, 16, e-mail: vasili.belov.1995@gmail.com). Список литературы:
МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПОДХОД К ЧИСЛЕННОМУ ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОТОВОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ П.В. Писарев, С.С. Власов, К.В. Роман Получена: 18.01.2023 Рассмотрена: 20.01.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Работа посвящена численному прогнозированию эффективных упругих характеристик композитного сотового заполнителя, состоящего из слоя текстильного композиционного материала 5HS, образованного сатиновым переплетением углеродных нитей, пропитанных и связанных полимерной матрицей. Проведен анализ актуальных подходов к прогнозированию эффективных упругих характеристик композиционного материала. Построена геометрия ячеек периодичности и фрагментов структуры образцов текстильного композиционного материала и сотового заполнителя. Для ячеек периодичности и фрагментов структуры исследуемых объектов с использованием инструментов метода конечных элементов сформулированы и решены краевые задачи механики микронеоднородных сред с шестью вариантами граничных условий в перемещениях, соответствующих одноосному растяжению вдоль трех координатных осей и чистому сдвигу в трех координатных плоскостях декартовой системы координат. Проведен сравнительный анализ решений краевых задач, полученных на ячейках периодичности с использованием граничных условий периодического типа и фрагментах структуры пропитанной углеродной нити и композитного сотового заполнителя с использованием граничных условий, обеспечивающих соответствие макродеформаций осредненным по центральной ячейке микродеформациям, в программных модулях ANSYS Material Designer и Static Structure. Решение краевых задач на геометрии текстильного композиционного материала произведено в программном модуле ANSYS Static Structure. В качестве подхода к прогнозированию эффективных упругих характеристик сотового заполнителя на фрагменте его структуры был применен метод локального приближения. Разработаны трехуровневые структурно-феноменологические модели композитных сотовых заполнителей, учитывающие особенности структуры, криволинейность упругой анизотропии нитей и изменение упругих характеристик матрицы в зависимости от температуры. Ключевые слова: численное прогнозирование, композиционный материал, краевая задача механики микронеоднородных сред, эффективные упругие характеристики, однонаправленный волокнистый композиционный материал, текстильный композиционный материал, 5HS, сотовый заполнитель, метод локального приближения, периодический метод, температурные зависимости упругих характеристик. Сведения об авторах:
Писарев Павел Викторович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: pisarev85@live.ru). Власов Сергей Сергеевич (Пермь, Россия) – магистрант кафедра «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: sss203bds07s12345@mail.ru). Роман Ксения Владимировна (Пермь, Россия) – младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пространственно-армированных композиционных материалов кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: kvroman@pstu.ru). Список литературы:
АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ РОТОРНЫХ СИСТЕМ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПУАТАЦИИ (ОБЗОР) Д.А. Миронов, А.Ф. Сальников Получена: 24.01.2023 Рассмотрена: 27.01.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Динамическая прочность один из важнейших критериев работоспособности машин, в том числе роторных агрегатов, из которых состоят, например, газоперекачивающие агрегаты. Колебания, выходящие из-под контроля, могут привести к механическому разрушению системы при критических частотах, к помпажу в результате нарушения газового потока, а также к усталостному разрушению в процессе длительной эксплуатации. При работе системы, в которую входят роторные машины, необходимо не только иметь информацию о динамических характеристиках, но и управлять ими на этапе проектирования или в процессе работы. Особенностью работы таких систем является взаимосвязь между металлическими элементами ротора и газовым потоком, воздействующим на рабочие колёса. Данная работа посвящена обзору существующих методов исследования динамических характеристик роторных систем, изучению рассматриваемых и не рассматриваемых в этих работах характеристик. В представленных исследованиях проводится расчёт динамики роторных колёс и воздействие на них газового потока, сейсмических сил, динамика роторов и влияние применяемых подшипников. Также рассматривается усталостная прочность, изучение которой очень важно для роторов, работающих продолжительное время. Помимо этого, представлены методы воздействия на исследованные динамические характеристики, т.е. определение способов управления системой, таких как дополнительный ввод газа для избегания помпажа. Для расчётов используются различные модели, предлагаются методы упрощения и усовершенствования существующих расчётов, на основе этих методик создаётся программное обеспечение, однако ни один из представленных алгоритмов не учитывает все действующие на систему факторы, не достигается полного исследования динамического анализа роторной системы. Ключевые слова: роторная система, собственные частоты, колебания, резонанс, газовый поток, амплитуда, деформация, газодинамика, демпфирование, система управления, динамика, вибронагружение. Сведения об авторах:
Даниил Андреевич Миронов (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29), инженер-конструктор 3-й категории, Научно-производственное объединение «Искра» (Пермь, 614038, ул. Академика Веденеева, 28, e-mail: daniil284@gmail.com). Алексей Федорович Сальников (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: afsalnikov_1@mail.ru). Список литературы: 1. Челомей В.Н. Вибрации в технике. – М.: Машиностроение, 1978. – Т. 1. Колебания линейных систем. – 351 с. 2. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах. – М.: Машиностроение, 1988. – Т. 2. – 463 с. 3. Гарфа М.Э. Машины и приборы для программных испытаний на усталость. – Киев: Наукова думка, 1970. – 193 с. 4. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. – М.: Машиностроение, 1993. – 240 с. 5. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор. Справочник. – М.: Машиностроение, 1992. – 543 с. 6. Леонтьев М.К. Динамика роторных систем при кинематическом возбуждении // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2012. – Т. 8, № 71. – С. 92–97. 7. Иванов А.В., Леонтьев М.К. Модальный анализ динамических систем роторов // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 2005. – № 3. – C. 31–35. 8. Нгуен В.В., Репецкий О.В. Численно-экспериментальное исследование колебаний лопаток турбомашин с учетом анализа чувствительности // Научные исследования и разработки к внедрению в АПК: материалы междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых, 26–27 марта 2020 г. – Молодежный: Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского, 2020. – С. 337–344. 9. Нгуен В.В., Репецкий О.В. Прогнозирование и оптимизация усталостной долговечности осевого облопаченного диска c преднамеренной расстройкой // Информационные и математические технологии в науке и управлении. – 2022. – № 3 (27). – С. 204–212. 10. Нгуен В.В., Репецкий О.В. Математическое моделирование и его применение в преднамеренной расстройке параметров и оптимизации ресурсных характеристик турбомашин // Информационные и математические технологии в науке и управлении. – 2022. – № 2 (26). – С. 24–30. 11. Котельников А.Н., Габов И.Г. Оценка усталостной прочности рабочих лопаток компрессора при нерегулярном нагружении // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–3. – С. 470–475. 12. Михайлова А.Б. Газодинамический расчет осевого компрессора в двухмерной постановке с использованием имитационного моделирования // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2012. – Т. 16, № 2 (47). – С. 15–27. 13. Формирование облика рекуператора для малоразмерного ГТД с регенерацией тепла / Р.Г. Дадоян, А.Е. Михайлов, Д.А. Ахмедзянов, А.Б. Михайлова // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2021. – Т. 25, № 1 (91). – С. 22–32. 14. Расчетно-экспериментальное исследование динамики ротора на газовых опорах / Ю.М. Темис, М.Ю. Темис, А.М. Егоров и др. // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). – 2011. – № 3–1 (27). – С. 174–182. 15. Темис Ю.М., Темис М.Ю., Мещеряков А.Б. Модель газодинамического лепесткового подшипника // Трение и износ. – 2011. – Т. 32, № 3. – С. 286–295. 16. Цифровой двойник установки для испытаний центробежного компрессора малоразмерного ГТД / Ю.М. Темис, А.В. Соловьева, Ю.Н. Журенков и др. // Авиационные двигатели. – 2021. – № 1 (10). – С. 5–16. 17. Математическое моделирование системы регулирования компрессора / В.В. Знышев, Б.В. Кирюшина, М.Я. Николаев и др. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: Математическое моделирование и оптимальное управление. – 1999. – № 1. – С. 91–100. 18. Галаев В.И. Динамика нелинейных свободных колебаний ротора в опорах с радиальными зазорами // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2006. – Т. 12, № 3–2. – С. 772–778. 19. Лазарев С.И., Ломакина О.В., Галаев В.И. Определение линейных характеристик опорных узлов ротора под нагрузкой // Вестник Донского государственного технического университета. – 2020. – Т. 20, № 1. – С. 61–67. 20. Галаев, В.И. Взаимосвязь приведенных жесткостных характеристик системы упругая опора с зазором – вал роторной машины // Известия вузов. Технология легкой промышленности. – 1989. – № 4. – С. 121–126. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ТРУБЧАТЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ При проектировании и модернизации существующих звукопоглощающих конструкций авиационного двигателя из полимерных ко В.А. Ефимик, А.А. Чекалкин Получена: 21.02.2023 Рассмотрена: 03.03.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
При проектировании и модернизации существующих звукопоглощающих конструкций авиационного двигателя из полимерных композиционных материалов актуальной задачей является выявление закономерностей комплексного влияния конструктивных параметров конструкции из полимерных композиционных материалов на свои динамические характеристики на основе проведения расчетно-экспериментальных исследований, и разработка эффективных методик установления конструктивных параметров конструкции из полимерных композиционных материалов с учетом предотвращения нежелательных резонансных эффектов. Цель работы состоит в разработке методики выбора конструктивных параметров трубчатых конструкций из полимерных композиционных материалов для обеспечения требуемых динамических характеристик при проектировании с отстройкой от резонанса и установлении зависимостей влияния различных конструктивных параметров трубчатой конструкции на собственные частоты колебаний. Для трубчатой панели корпуса вентилятора авиационного двигателя семейства ПС-90А разработана расчетная модель, которая учитывает неоднородность конструкции, анизотропию свойств, конструктивно-технологические параметры, условия закрепления и оптимальна для данного класса задач и конструкций. Проведена ее верификация путем модального анализа натурной конструкции методом лазерной виброметрии. Получены новые зависимости собственных частот и форм колебаний композитной трубчатой конструкции от высоты, степень перфорации оболочек, способа закрепления и преднапряженного состояния, материала и схемы армирования. Это позволило обнаружить нелинейный характер этих зависимостей и разную степень влияния конструктивных параметров. Разработана новая расчетно-экспериментальная методика выбора конструктивных параметров трубчатых конструкции из полимерных композиционных материалов по требуемым результирующим характеристикам при проектировании с отстройкой от резонанса. Показано практическое применение методики для панели вентилятора 94-05-8927 авиационного двигателя семейства ПС-90А. Указаны условия возникновения резонансных явлений по частотам в зависимости от высоты конструкции и режима работы двигателя. Ключевые слова: трубчатые конструкции, модальный анализ, лазерная виброметрия, влияние конструктивных параметров на собственные частоты, методика проектирования, проектирование звукопоглощающих конструкций, отстройка от резонанса, конструкции из композитов, авиационный двигатель, расчетная модель. Сведения об авторах:
Ефимик Виктор Александрович (Пермь, Россия) – заместитель начальника отдела технологий композиционных материалов, Пермский завод «Машиностроитель» (Пермь, 614014, ул. Новозвягинская, 57, e-mail: v-efimik@pzmash.perm.ru). Чекалкин Андрей Алексеевич (Пермь, Россия) – доктор физико-математических наук, декан факультета повышения квалификации преподавателей, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: chekalkin@pstu.ru). Список литературы: 1. Salem H., Boutchicha D., Boudjemai A. Modal analysis of the multi-shaped coupled honeycomb structures used in satellites structural design // International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). – 2018. – Vol. 12, № 3. – Р. 955–967. 2. Sakar G., Bolat F.Ç. The free vibration analysis of honeycomb sandwich beam using 3D and continuum model // International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering. – 2015. – Vol. 9, № 6. – Р. 1077–1081. 3. Модальный анализ приборной панели космического аппарата / А.И. Сафин и др. – 2011. – С. 106–108. 4. Nonlinear free vibration of functionally graded fiber-reinforced composite hexagon honeycomb sandwich cylindrical shells / H. Li et al. // Engineering Structures. – 2022. – Vol. 263. – Р. 114372. 5. Dynamic Behavior of Kinetic Projectile Impact on Honeycomb Sandwich Panels and Multi-Layer Plates / S. Yue et al. // Crystals. – 2022. – Vol. 12, № 5. – 17 p. 6. Numerical-Experimental characterization of honeycomb sandwich panel and numerical modal analysis of implemented delamination / A. Bendada et al. // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2019. – Vol. 13, № 49. – Р. 655–665. 7. Effect of structural dynamic characteristics on fatigue and damage tolerance of aerospace grade composite materials / W. Anwar et al. // Aerospace Science and Technology. – 2017. – Vol. 64. – Р. 39–51. 8. Kösedağ E., Ekici R. Free vibration analysis of foam-core sandwich structures // Politeknik Dergisi. – 2021. – Vol. 24, № 1. – Р. 69–74. 9. Lou J., Ma L., Wu L.Z. Free vibration analysis of simply supported sandwich beams with lattice truss core // Materials science and engineering: B. – 2012. – Vol. 177, № 19. – Р. 1712–1716. 10. Effects of local damage on vibration characteristics of composite pyramidal truss core sandwich structure / J. Lou et al. // Composites part b: Engineering. – 2014. – Vol. 62. – Р. 73–87. 11. Modal analysis and testing of hexagonal honeycomb plates used for satellite structural design / A. Boudjemai et al. // Materials & Design. – 2012. – Vol. 35. – Р. 266–275. 12. Analysis of design parameter influence on the dynamic frequency response of CFFF honeycomb sandwich plate / A. Mankour et al. // Advanced Materials Research. – Trans Tech Publications Ltd, 2013. – Vol. 682. – Р. 57–64. 13. Maheri M.R., Adams R.D., Hugon J. Vibration damping in sandwich panels // Journal of materials science. – 2008. – Vol. 43. – Р. 6604–6618. 14. Углепластики, стеклопластики, конструкционные свойства, кинетика отверждения, реакционная способность матриц, дифференциальная сканирующая калориметрия, термомеханический анализ, время гелеобразования: отчет ВИАМ / А.Е. Раскутин и др. – 2004. – 55 с. 15. Ефимик В.А., Чекалкин А.А., Головкин А.Ю. Идентификация расчетной конечно-элементной модели звукопоглощающей конструкции на основе модального анализа // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2018. – № 54. – С. 26–40. 16. Simulation of rotor system vibrations using experimentally verified super elements / S. Semenov et al. // ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. – American Society of Mechanical Engineers, 2016. – Vol. 50633. – Р. V009T12A016. – 8 p. [IMECE2016-66950]. 17. Бернс В.А., Жуков Е.П., Маринин Д.А. Идентификация диссипативных свойств конструкций по результатам экспериментального модального анализа // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. – 2016. – № 4 (109). – С. 4–23. 18. Методика экспериментального модального анализа лопаток и рабочих колес газотурбинных двигателей / А.А. Иноземцев и др. // Тяжелое машиностроение. – 2010. – № 11. – С. 2–6. 19. Собственные частоты и формы колебаний полой лопатки вентилятора ГТД / А.А. Иноземцев и др. // Авиационная промышленность. – 2010. – № 3. – С. 2–6. РАСЧЁТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕНОСА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ГОРЕНИЯ ЧАСТИЦ АЛЮМИНИЯ В СМЕСЯХ КИСЛОРОДА И ГЕЛИЯ А.Ю. Крюков, В.И. Малинин Получена: 26.04.2023 Рассмотрена: 28.04.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Проведены термодинамические расчёты коэффициентов переноса – диффузии атомарного и молекулярного кислорода и теплопроводности при горении частиц алюминия в средах «Не + O2». Для предпламенной области (зоны диссоциации кислорода) установлено, что коэффициенты переноса зависят как от относительной концентрации окислительных компонентов, так и от температуры среды. Получены зависимости коэффициентов переноса от концентрации окислителя (отношения давления окислительных компонентов pox к давлению окружающей среды p) для существенно отличающихся друг от друга температур среды (1330, 2550 и 3216 К) и давления p = 0,1 МПа. В области пламени получены зависимости коэффициентов переноса от коэффициента избытка окислителя a при температурах 3220 и 3500 K. Установлено, что в предпламенной области зависимости коэффициентов переноса от температуры и концентрации окислителя не влияют друг на друга в широком диапазоне изменения pox/p. В области пламени зависимости коэффициентов переноса от температуры и коэффициента избытка окислителя a не влияют друг на друга в пределах 0,15 < a < 1,5. Таким образом, соответствующий коэффициент переноса можно представить как произведение двух независимых функций: относительной концентрации и температуры или температуры и a. Обоснована возможность и разработана методика совместного учёта зависимостей коэффициентов переноса от двух факторов: температуры и концентрации окислителя или температуры и коэффициента избытка окислителя в расчётах термодинамических параметров вокруг частицы при моделировании процессов горения. Подобраны и обоснованы конкретные формы математического описания коэффициентов переноса как функций соответствующих термодинамических параметров среды «Не+O2», в которой происходит горение. Ключевые слова: алюминий, горение, концентрация окислительных компонентов, температура, коэффициенты диффузии атомарного и молекулярного кислорода, коэффициент теплопроводности, термодинамические расчёты, зависимость от температуры и концентрации окислителя, аппроксимация, погрешность расчёта. Сведения об авторах:
Крюков Алексей Юрьевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: alexkryukov@list.ru). Малинин Владимир Игнатьевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы», Пермский национальный исследовательский политехнический университет (Пермь, 614990, Комсомольский пр., 29, e-mail: malininvi@mail.ru). Список литературы:
АКУСТИКО-ВИХРЕВОЙ МЕХАНИЗМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КАРЕТКИ ПРИ ТРЕКОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ С.А. Астахов, В.И. Бирюков, С.Ф. Тимушев Получена: 01.06.2023 Рассмотрена: 02.06.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Тенденцией последнего времени в России и за рубежом является разработка высокоскоростных летательных аппаратов баллистического типа со скоростью, превышающей 4 М. Одним из наименее затратных методов, подтверждающим работоспособность и эффективность применения новых изделий авиационной техники, являются трековые испытания. Высокоскоростные полигонные испытания в России проводятся на экспериментальной установке «Ракетный рельсовый трек 3500», размещенной на территории Государственного казенного научно-испытательного полигона авиационных систем имени Л.К. Сафронова. Экспериментальная установка состоит из рельсового пути, размещенного на специальном основании, обеспечивающем необходимый вертикальный профиль пути с участками подъема и снижения, а также достаточную жесткую связь рельса с бетонным основанием. На рельсовые направляющие устанавливается подвижная трековая каретка со скользящими по рельсам опорами (башмаками) и жестко связанными с ней ракетными двигателями твердого топлива. Тяга стартовых ракетных двигателей обеспечивает необходимое ускорение для достижения максимальных значений требуемой скорости испытания. Опоры скольжения ракетной каретки охватывают головку рельсов. К носовой части ракетных двигателей при монорельсовых испытаниях через фланцевый кронштейн консольно присоединяется объект испытания цилиндрической формы с коническим обтекателем. В узлах крепления размещаются элементы автоматики, предназначенной для разделения ступеней во время испытания. Между кронштейнами стыковки ступеней ускорителей, а также узлами крепления консольно размещенного объекта испытания образуются полуоткрытые полости, обтекаемые сначала дозвуковым, а в дальнейшем сверхзвуковым воздушным потоком. Трековые высокоскоростные испытания объектов спецтехники сопровождаются интенсивной вибрацией и ударными нагружениями конструкции. Анализ и выявление механизмов, оказывающих существенное влияние на вибрационный процесс элементов конструкции, находящихся в упруго-деформированном состоянии, и потерю устойчивости ускоренного движения ракетной каретки, является актуальной практически значимой задачей. В статье выполнен аналитический обзор работ по проблеме акустических и вихревых взаимодействий в полузакрытых полостях конструкции, обтекаемых воздушным потоком с дозвуковой и сверхзвуковой скоростью, и усилением пульсаций давления и вибраций элементов конструкции вследствие этого физического механизма. Приведены математические модели акустико-вихревых взаимодействий с целью оценки частот усиления колебаний в условиях применения реальной конструкции при трековых испытаниях изделий авиационной техники. Ключевые слова: трековые испытания, ракетная каретка, сверхзвуковой поток, полузакрытая полость, стохастическая вибрация, собственная частота, вихревая мода, неустойчивость, слой смешения, акустико-вихревой резонанс, декомпозиция. Сведения об авторах:
Астахов Сергей Анатольевич (Белоозерский, Россия) – кандидат технических наук, директор, Государственный казенный научно-испытательный полигон авиационных систем имени Л.К. Сафронова (Белоозерский, г.о. Воскресенск, 140250, e-mail: info@gknipas.ru). Бирюков Василий Иванович (Москва, Россия) – доктор технических наук, профессор, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, 125993, Волоколамское шоссе, 4, Россия, e-mail: aviatex@mail.ru). Тимушев Сергей Федорович (Москва, Россия) – доктор технических наук, профессор, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, 125993, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: irico.harmony@gmail.com). Список литературы:
РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ НОВЫХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕПЛОНАГРУЖЕННЫХ СТЕНОК КАМЕР СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И.С. Кащеев, Д.А. Боровиков, А.А. Яковлев Получена: 02.06.2023 Рассмотрена: 02.06.2023 Опубликована: 27.07.2023
PDF |
Аннотация |
Сведения об авторах |
Список литературы |
Аннотация:
Предложена концепция испытательного стенда для проведения экспериментальных исследований систем охлаждения теплонагруженных стенок камер сгорания газотурбинных двигателей. Разработана модульная конструкция испытательной установки, основанная на решениях, ранее отработанных на других испытательных установках. Для имитации условий, близких к условиям в камерах сгорания газотурбинных двигателей установка выполнена из двух зон, на входы которых подается холодный и горячий воздух, расход охлаждающего воздуха через образец обеспечивается регулированием перепада давления между зонами. Численное моделирование происходило в два этапа. На первом этапе расчёт происходил без учета расположенных внутри тракта пилонов с датчиками для измерения параметров потока. На основании этого расчёта были выбраны места расположения пилонов для измерения параметров потока. Расчёт второго этапа учитывал геометрию пилонов. Для моделирования рабочих процессов в испытательной установке использовалась программа Ansys CFX и библиотека горения Flamelet. При расчетах использовалась модель турбулентности k–ω SST. Размер расчетной сетки составил 500 400 узлов и 1 355 000 элементов. В расчётной модели не учитывался тепловой поток через стенку установки, учитывался только тепловой поток через испытуемый образец. Результаты расчета показали, что установка комбинированного насадка и выдвижение подвижных насадков приводит к увеличению полного давления в горячей части установки на 13 %, что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода охлаждающего воздуха, уменьшению локального теплового напора у охлаждаемой поверхности образца, увеличению локального теплового напора со стороны горячего газа и увеличению температуры испытываемого образца при уменьшении теплового потока через образец на 8 %. Результаты численного исследования позволили подтвердить работоспособность концепции испытательной установки. Данные результаты позволяют внести необходимые изменения в конструкцию испытательной установки и программу испытаний, что позволит уменьшить влияние измерений на результаты испытаний. Ключевые слова: камера сгорания, системы охлаждения, испытательный стенд, конструкция испытательного стенда, вычислительная гидрогазодинамика, математическое моделирование, численное моделирование, тепловое состояние, испытательная установка, реагирующие течения, горение метана, горение, Ansys CFX. Сведения об авторах:
Кащеев Игорь Сергеевич (Москва, Россия) – инженер, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, 125993, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: igor.kascheev@rambler.ru). Боровиков Дмитрий Александрович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, ведущий инженер, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, 125993, Волоколамское шоссе, 4, e-mail: BorovikovDA@mai.ru). Яковлев Алексей Александрович (Москва, Россия) – кандидат технических наук, доцент, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, 125993, Волоколамское шоссе, 4). Список литературы:
| ||