Ученые Пермского Политеха установили, какие участки вала турбины авиационного двигателя испытывают критические нагрузки во время полета, и предложили метод расчета, который учитывает все действующие на деталь силы одновременно. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе университета.
Вал — металлический стержень, передающий вращение между частями двигателя, — одновременно подвержен кручению, растяжению и действию центробежных сил, а при маневрах самолета добавляются еще и гироскопические нагрузки на крепления. Если в каком-то участке возникают высокие напряжения, это может привести к появлению микротрещин и ускоренному износу детали, поэтому такие зоны нужно выявлять и усиливать еще на этапе проектирования.
Традиционные расчеты рассматривают нагрузки вала по отдельности — сначала кручение, затем растяжение, потом центробежную силу, — а совокупность этих значений определяет общий запас прочности. Такая методика надежна, но по мере роста требований к авиации конструкторам приходится увеличивать массу детали, чтобы исключить любые риски, а это ведет к лишнему расходу топлива.
В реальных условиях эксплуатации все факторы действуют одновременно и во взаимосвязи, а их сочетание может создавать локальные зоны концентрации напряжений, которые не выявляются при традиционном пофакторном анализе. Поэтому ученые Пермского Политеха предложили комплексный анализ прочности вала — с одновременным учетом всех нагрузок, — который помогает определить, где деталь нужно усилить, а где можно обойтись без утяжеления за счет топологической оптимизации геометрии.
«Численное моделирование показало, что высокие механические напряжения распределены неравномерно и сконцентрированы в нескольких поперечных сечениях вала — в местах перехода геометрии, закрепления и соединения контактных поверхностей сопряженных деталей. Именно эти зоны оказались самыми уязвимыми», — рассказала доцент кафедры «Динамика и прочность машин» ПНИПУ, кандидат технических наук Елена Кузнецова.
Полученные результаты позволят конструкторам усиливать только опасные зоны вала, а не всю деталь целиком, снижая ее массу без потери прочности — метод применим во всех отраслях, где используются газотурбинные установки, от авиации до энергетики.
Ранее в России придумали, как безопасно и эффективно очищать старинные книги лазером.