CC BY
94
УДК 621.431.75+ 004.9
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ТРУБОПРОВОДА ГТД С ОПОРОЙ ИЗ МР ДЛЯ ОТРАБОТКИ МЕТОДИКИ РАСЧЁТА В СРЕДЕ ANSYS
© 2012 А. В. Швецов, Д. С. Лёжин, А. М. Уланов
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет)
В статье приведены расчётные исследования колебаний трубопроводов авиационного двигателя в среде ANSYS и экспериментальные исследования с помощью бесконтактной системы ARAMIS.
Вибрации, опора, модель, деформации, амплитуды колебаний, анализ.
В качестве модели трубопровода была Была создана конечно-элементная модель
выбрана трубка из титанового сплава ПТ-7М с трубки. Эксперимент ставил перед собой
внешним диаметром 6,2 мм, внутренним цель собрать возможно больше
диаметром 4,0 мм. Трубка имеет достаточно информации для отработки расчётной
сложную форму (рис.1), чтобы полученные модели в ANSYS и создания методики
для неё результаты могли быть применимы расчёта трубопроводов на базе данного
для трубопроводов произвольной формы, пакета программ.
Рис.1. Применявшаяся в экспериментах модель трубопровода
Для исследования колебаний модели трубопровода использовался вибрационный стенд ВДС-1500. Измерения колебаний трубопровода осуществлялись при помощи бесконтактной системы АВАМК (рис.2).
АКАМК - это измерительная система деформации, хорошо зарекомендовавшая себя в исследовании материалов и проверке изделий из металлических, полимерных, гетерогенных или наполненных материалов, тканей. Система АКАМК 30 поставляется с двумя камерами, которые фотографируют изображения объекта одновременно, в режиме стерео. В процессе загрузки последовательности этих изображений определяется ЗО-форма объекта и деформации объекта.
При испытании система АЯАМК помещается перед объектом исследования. Для того, чтобы поверхность исследуемого объекта была однозначно идентифицирована, необходимо, чтобы она была не единообразной (пятнистая поверхность -естественная или наложенная). АКАМК распознаёт структуру поверхности анализируемого образца с помощью оцифровки последовательности изображений, полученных с камер, и присваивает координаты пикселям изображения. Первое изображение последовательности в созданном проекте представляет собой недеформирован-ное состоянии объекта.
После или во время деформации исследуемого объекта записываются сле-
дующее изображение. В процессе обработки производится сравнение цифровых изображений и рассчитываются перемещения пикселей изображения. Поверхностные деформации измеряются из анализа поведения комплексов пикселей объединённых в фасеты. Полученная картина деформаций может быть пересчитана в напряжения. Полученные данные графически визуализируются и могут быть сохранены и экспортированы в различные форматы.
Повторяющиеся события могут быть зафиксированы и проанализированы при использовании быстрого времени срабатывания
цифровых камер или стробоскопическое освещение.
Для контроля измерений при помощи А11АМ18 на трубопроводе был установлен датчик виброускорения КД-32. Вес датчика с хомутом 65 граммов.
Оба конца модели трубопровода закреплены в штуцерных опорах, что аналогично реальному трубопроводу. Опоры жёстко прикреплены к швеллеру. Для исследования влияния демпфирования применяется средняя опора, также прикреплённая к швеллеру. Ширина опоры 11 мм. В средней опоре могут устанавливаться сменные прокладки из материала МР (рис. 2).
Рис. 2. Размещение модели трубопровода на вибрационном стенде
Средняя опора с МР
Швеллер крепится на вибростенд и потом выводится на резонанс по первой форме. Система АЯАМК откалибрована на объём 120x90 мм, что позволяет снимать необходимые части трубы. Дополнительно в стол вибростенда вкручивался болт с гладкой головкой, который служил в качестве базы, относительно которой определялась амплитуда колебаний.
Ось Ъ направлена вертикально вверх (в этом направлении вибростенд создаёт вибрацию), ось У направлена перпендикулярно оси трубопровода, ось X - по оси трубопровода.
В средней опоре установлена охватывающая трубопровод прокладка из МР с относительной плотностью р= 0, 143 и толщиной Н=2,1 мм. Диаметр отверстия в опоре 9,8 мм, суммарный диаметр трубопровода с прокладкой из МР 10,4 мм. Предварительная статическая деформация <3 = 0,3 мм. Относительная предварительная статическая деформация
80 =0/Н = 0,14. Результаты измерений (в
районе установки датчика) при помощи системы АЯАМ18 представлены в табл. 1.
Таблица 1. Перемещения по осям, измеренные системой АЯАМК
Бізріасетеїгі Е Бізріасетеїгі Ъ Бізріасетеїгі У БіврІасетеЩ X
Амплитуда колебаний хомута, мм. 0,642 0,740 0,02 0,15
Амплитуда колебаний болта, мм 0,028
Коэффициент передачи вибрации г|=А1/А2=26.
Определяется резонансная частота: риод колебаний составляет 5,3 мс, частота колебаний 188 Гц.
Для проверки измерений при помощи системы АЯЛЫК приводятся результаты, полученные датчиком виброускорения (табл. 2).
Таблица 2. Результаты, полученные датчиком виброускорения
Резонансная частота колебаний, Гц 185
Амплитуда виброускорения стола вибростенда \У1, м/с 15
Амплитуда виброускорения, измеренная датчиком \У2, м/с2 420
Коэффициент передачи вибрации г|=\У1ЛУ2=28 .
Из сравнения табл. 1 и табл. 2 можно сделать вывод, что результаты, получаемые при помощи датчика вибростенда и системы АЯАМ18, совпадают с достаточной точностью в случае применения демпфирующей опоры.
Экспериментальная модель трубопровода воспроизведена в системе Ашув.
Материал трубки - титановый сплав ПТ-
УМ.
Для моделирования опор трубопровода применялся элемент СОМВШ14 - это пружин-
ный амортизатор (или) упругий демпфер. Для него задаются жёсткость - Н/м и коэффициент демпфирования - Н с/м. Значения этих величин взяты из проведённого расчёта характеристик опор трубопровода на базе эксперимента, описанного выше. Учтена масса датчика с хомутом для закрепления -65гр.
В Апвув выполнены модальный и гармонический анализы варианта закрепления трубопровода с промежуточной опорой из МР (рис.З - 6).
Рис. 3. Конечно-элементная модель трубопровода в пакете АЫБТБ
ЕКВД
Рис. 4. График зависимости перемещений по оси у в районе установки датчика от частоты колебаний для варианта с опорой изМР
(хЮ*»-4)
FREQ
Рис. 5. График зависимости перемещений по оси х в районе установки датчика от частоты колебаний
для варианта с опорой изМР
(х10**-4)
.32
цт 160 170 ш 190 200
155 Я* 175 135 '195
FTRBQ
Рис. 6. График зависимости перемещений по оси z в районе установки датчика от частоты колебаний
для варианта с опорой изМР
Таблица 3. Перемещения по осям
Амплитуды Displacement Е Displacement Z Displacement Y Displacement X
Амплитуда колебаний хомута (АЯАМ18), мм 0,642 0,740 0,02 0,15
Амплитуда колебаний болта (Ашув), мм " 0,692 0,05 0,145
Из сравнения значений амплитуд колебаний трубопровода (табл. 3) можно сделать вывод, что результаты, получаемые при помощи датчика вибростенда и системы АЯЛЫК, совпадают с достаточной точностью с разультатами, полученными с помощью Апэуэ
в случае применения демпфирующей опоры из МР.
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки) на основании Постановления Правительства РФ №218 от 09.04. 2010.
EXPERIMENTAL RESEARCH OF VIBRATIONS OF PIPELINE OF GTD WITH SUPPORT FROM MR FOR WORKING OFF METHOD OF CALCULATION
IN ENVIRONMENT OF ANSYS
© 2012 A. V. Shvetsov, D. P. Lezhin, A. M. Ulanov
Samara State Aerospace University of the name of Academician S.P. Korolyov
(National Research University)
In the article calculation researches of vibrations of pipelines of aviation engine are resulted in the environment of ANSYS and experimental researches by the noncontact system of ARAMIS.
Vibrations, support, model, deformations, amplitudes of vibrations, analysis.
Информация об авторах
Швецов Антон Владимирович, аспирант, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: [email protected]. Область научных интересов: динамика гидравлических систем.
Лёжин Дмитрий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail: [email protected]. Область научных интересов: измерения вибрации, торцовые уплотнения, динамика и прочность.
Уланов Александр Михайлович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет). E-mail alexulanov@,mail.ru. Область научных интересов: защита от вибрации и удара, системы с конструкционным демпфированием.
Shvetsov Anton Vladimirovich, postgraduate, Samara State Aerospace University of the name of academician S.P. Korolyov (National Research University).E-mail [email protected]. Area of research: dynamics of hydraulic systems.
Lezhin Dmitry Sergeevich, candidate of technical sciences, associate professor of department Construction and planning of engines of aircrafts, Samara State Aerospace University of the name of academician S.P. Korolyov (National Research University). E-mail: [email protected]. Area of research: measurings of vibration, cutoff compressions, dynamics and durability.
Ulanov Aleksandr Mihailovich, doctor of technical sciences, professor of department Construction and planning of engines of aircrafts, Samara State Aerospace University of the name of academician S.P. Korolyov (National Research University). E-mail [email protected]. Area of research: shock and vibration protection, dry friction systems.
