Дослідження напруженого стану і вдосконалення конструкцій роторів швидкісних канатозвиваючих машин - Автореферат

Відповідно до цього у даній роботі були поставлені і вирішені наступні задачі: 1) створення математичної моделі для дослідження напружено-деформівного стану просторових осесіметричних конструкцій на основі методів механіки деформівного твердого тіла - методу кінцевих елементів (МКЕ ) і методу суперелементів (МСЕ ); 2) розробка програмних засобів для компютерного аналізу напружено-деформівного стану просторових осесіметричних конструкцій типу роторів; Основні результати дисертаційної роботи по моделюванню напружено-деформівного стану і дослідженню несучої здатності конструкцій роторів, що входять до складу канатозвиваючого обладнання, отримані автором уперше. На основі спеціалізованих програмних засобів створено методику проектування роторів, в якій реалізовано модель напружено-деформівного стану просторових осесіметричних конструкцій в чисельній і тривимірній графічній формах. Створені ефективні засоби аналізу напружено-деформівного стану просторових осесіметричних конструкцій типу роторів швидкісних канатозвиваючих машин, які включають: математичні моделі, що складаються з систем рівнянь МКЕ і МСЕ; спеціалізовані програмні засоби для чисельного аналізу напружено-деформівного стану осесіметричних роторів канатозвиваючих машин; результати теоретичних і експериментальних досліджень збіжності і точності рішення, отриманого з використанням математичних моделей технічних обєктів, що розглядаються; методику розрахунку напружено-деформівного стану просторових осесіметричних конструкцій, засновану на використанні ППП TETRA; результати досліджень і порівняльного аналізу несучої здатності типових конструкцій роторів закритого і відкритого типів; науковообгрунтовані рекомендації по вдосконаленню конструкцій роторів, що дозволяють підвищити продуктивність і конкурентоспроможність канатозвиваючих машин.Продуктивність машин другої групи в основному визначається швидкістю обертання ротору приймального пристрою, конструкція якого не відрізняється від конструкції розрізного ротору машини сигарного типу, а швидкості обертання цих роторів близькі. При обертанні навколо осі ротор знаходиться у полі відцентрових сил; на його напружений стан впливають сили, лінії дії яких лежать у різних площинах. По конструктивному виконанню, схемі додатку зовнішніх навантажень і режиму роботи до роторів канатозвиваючого обладнання найбільш близькі ротори і диски компресорів авіаційних газотурбінних двигунів, які становлять конструкції барабанного або дискового типів, що обертаються з високою кутовою швидкістю, по зовнішній поверхні яких розташована зосереджена маса. Оскільки ротори канатозвиваючого обладнання відрізняються від роторів газотурбіних двигунів формою і наявністю концентраторів напружень (великі вирізи, велика зосереджена маса), то відомі аналітичні рішення для роторів і дисків турбін практично непридатні при проектуванні роторів канатозвиваючих машин. Це дозволяло оцінити характер розподілу напружень по дільниці ротору, що досліджується, але не відображало всіх характерних особливостей конструкції.Матеріал конструкції роторів працює в умовах тривимірного напруженого стану, тому для ефективного рішення прикладних задач доцільно використати МКЕ на основі кінцевого елементу у формі тетраедру; у звязку з цим створені математичні моделі напружено-деформівного стану роторів, на основі яких розроблені спеціалізовані програмні засоби. Чисельна і експериментальна перевірка збіжності і точності теоретично-го рішення показали, що розроблені з використанням МКЕ математичні моделі обєктів, що досліджуються, забезпечують стабільну збіжність і достатню для проектування точність рішення. Розроблений ППП TETRA і методика аналізу міцності роторів канатозвиваючих машин дозволяють здійснювати напівавтоматичну підготовку початкових даних, розраховувати конструкції по МКЕ і методу суперелементів, а також провести аналіз результатів розрахунку на основі графічного подання напружено-деформованого стану конструкції. Методика проектування з використанням ППП TETRA дозволяє приймати обгрунтовані технічні рішення по зміні геометричних розмірів, конструктивному виконанню і режиму роботи роторів. Проведені дослідження напружено-деформівного стану різних варіантів конструкцій роторів дозволили виробити науковообгрунтовані рекомендації по вибору раціональної конструкції, що відповідає вимогам міцності, жорсткості і технологічності: напруження у конструкції знижуються по мірі того, як форма вирізу приймає більш плавні контури, а його розміри зміншуються відносно розмірів ротору; при зменшенні товщини основної частини корпусу ротору напруження у конструкції трохи знижуються; при використанні ребер жорсткості напруження значно зміншуються при незначному ускладненні конструкції у технологічному плані; найбільш прийнятним є застосування розрізних конструкцій роторів, оскильки у них практично відсутні сильні концентрації напружень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

На основі виконаних досліджень зроблені наступні висновки.

1. Матеріал конструкції роторів працює в умовах тривимірного напруженого стану, тому для ефективного рішення прикладних задач доцільно використати МКЕ на основі кінцевого елементу у формі тетраедру; у звязку з цим створені математичні моделі напружено-деформівного стану роторів, на основі яких розроблені спеціалізовані програмні засоби.

2. Чисельна і експериментальна перевірка збіжності і точності теоретично-го рішення показали, що розроблені з використанням МКЕ математичні моделі обєктів, що досліджуються, забезпечують стабільну збіжність і достатню для проектування точність рішення.

3. Розроблений ППП TETRA і методика аналізу міцності роторів канатозвиваючих машин дозволяють здійснювати напівавтоматичну підготовку початкових даних, розраховувати конструкції по МКЕ і методу суперелементів, а також провести аналіз результатів розрахунку на основі графічного подання напружено-деформованого стану конструкції.

4. Методика проектування з використанням ППП TETRA дозволяє приймати обгрунтовані технічні рішення по зміні геометричних розмірів, конструктивному виконанню і режиму роботи роторів.

5. Проведені дослідження напружено-деформівного стану різних варіантів конструкцій роторів дозволили виробити науковообгрунтовані рекомендації по вибору раціональної конструкції, що відповідає вимогам міцності, жорсткості і технологічності: напруження у конструкції знижуються по мірі того, як форма вирізу приймає більш плавні контури, а його розміри зміншуються відносно розмірів ротору; при зменшенні товщини основної частини корпусу ротору напруження у конструкції трохи знижуються; при використанні ребер жорсткості напруження значно зміншуються при незначному ускладненні конструкції у технологічному плані; найбільш прийнятним є застосування розрізних конструкцій роторів, оскильки у них практично відсутні сильні концентрації напружень.

6. Матеріали досліджень використані при розробці нових зразків канатозвиваючого обладнання і технологічного оснащення для виробництва сталевих канатів. Проведені розрахунки міцності преформаторів для виробництва 6 - 8 - прядних канатів ? 3 - 12 мм, що не розкручуються. Розроблені нові варіанти конструктивного виконання несучих корпусів для преформаторів до канатних машин легкої серії, що дозволило знизити металоємкість преформатора на 50 - 80 % без зниження його гранично-допустимої швидкості обертання.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У РОБОТАХ

1. Леонтьев В. В., Григорьянц Г. П. Ободном примере, иллюстрирующем сходимость и точность метода конечных элементов. - Севастополь, 1994. - 5 с. - Рус. - Деп. в ГНТБ Украины 21.11.1994 г., № 9817.

2. Григорьянц Г. П. Применение пространственного конечного элемента для анализа напряженно-деформированного состояния осесимметричных элементов свивающих машин // Тез. докл. науч.-техн. конф. "Механика и новые технологии". - Севастополь, СЕВГТУ. - 1995. - С. 58 - 60.

3. Хромов В. Г., Григорьянц Г. П. Исследование напряженного состояния и оптимизация конструкции цилиндрической обечайки. - Севастополь, 1996. - 8 с. - Рус. - Деп. в УКРИНТЭИ 18.11.96 г., № 56 - Ук96.

4. Хромов В. Г., Григорьянц Г. П. Натурный эксперимент по анализу напряженного состояния толстой цилиндрической оболочки с вырезами. - Севастополь, 1996. - 7 с. - Рус. - Деп. в УКРИНТЭИ 18.11.96 г., № 57 - Ук96.

5. Григорьянц Г. П. Решение некоторых задач механики методом конечных элементов // Вестник СЕВГТУ "Механика, энергетика, экология" № 6. - Севастополь, СЕВГТУ. - 1997. - С. 38 - 41.

6. Григорьянц Г. П., Леонтьев В. В. К вопросу повышения точности расчета объемных конструкций методом конечных элементов // Вестник СЕВГТУ "Механика, энергетика, экология" № 8. - Севастополь, СЕВГТУ. - 1997. - С. 30 - 32.

7. Григорьянц Г. П. Сравнительный анализ различных вариантов ротора скоростных свивающих машин // Вестник СЕВГТУ "Механика, энергетика, экология" № 8. - Севастополь, СЕВГТУ. - 1997. - С. 113 - 116.

Размещено на .ru