Дисертації з теми "Геометричний розрахунок"

Розрахунок гідроп'яти як автоматичного пристрою, що регулює несучу здатність залежно від величини торцевого зазору, зводиться до побудови статичної характеристики - залежності величини торцевого зазору від врівноважуючої сили, що діє на ротор.

Дисертаційна робота присвячена розробці чисельних і аналітичних методів розрахунку коефіцієнта інтенсивності напружень, (КІН) для некласичних проблем механіки руйнування, зокрема, для тріщин складної форми та для тріщин в тонкостінних конструкціях з врахуванням геометричної нелінійності, (ГН). Представлена модифікація методу Вільямса, що враховує затухаючі на нескінченності члени. Досліджено межі та надані рекомендації щодо застосування даного методу. Розроблено аналітичний метод розрахунку КІН в трубах з довгими осьовими поверхневими тріщинами з врахуванням ГН в залежності від внутрішнього тиску. Наведено результати верифікації величин КІН з отриманими в роботі чисельними розв’язками МСЕ. Побудовані чисельні моделі для розрахунку КІН та розкриття берегів тріщин в ГН постановці для наскрізних тріщин в залежності від змінної величини осьової сили. Побудована апроксимаційна формула, що описує вплив ГН ефекту для узагальненої осьової сили та безрозмірної довжини тріщини. Показана значимість ефекту для реальних лабораторних експериментів. Розроблено універсальний напіваналітичний метод розв’язку інтегро-диференційного рівняння теорії пружності для плоских тріщин нормального відриву довільної форми. Для перевірки аналітичних результатів побудовані чисельні моделі МСЕ для тріщин різної форми, наприклад, для прямокутної, внутрішньої півелітичної тріщини, тощо, та проведено співставлення результатів. Проведені практичні розрахунки КІН в часі для елементів конструкцій АЕС для різних сценаріїв протікання аварійних ситуацій. Створено ряд імітаційних моделей з вбудованою тріщиною, для якої розрахунки КІН проводилися методами нелінійної механіки руйнування. Для тріщин, що проходять через наплавлений матеріал, де відбувається стрибки напружень, обґрунтовано застосування методу функцій впливу, для чого розроблено аналітико-чисельну процедуру, що використовує частково неперервні базові закони навантаження.
The dissertation is dedicated to the development of numerical and analytical methods for calculating the stress intensity factor (SIF) for nonclassical problems of fracture mechanics, in particular, for cracks of complex shape and for cracks in thin structures with taking into account geometric nonlinearity (GN) and their applications in various industries, in particular, for nuclear power plants, for calculation of the elements of the reactor unit. A modification of Williams's method is presented, which describes the stress state in the crack tip. For modification of the classical approach in the considered method the additional members were presented, which are infinite in the crack tip, but attenuate at infinity. The main idea of the method is to divide the whole area of the body into two separate parts – internal one, which embraces the tip of the crack, and the external one. In the inner area, only the classic Williams functions are used, and in the outer area both the classical members and additional ones are used. At the boundary between the selected subdomains, the conjugation conditions are to be fulfilled, the essence of which is to equalize here the stresses and displacements. The very high efficiency of this method is shown for bodies that have the shape of a circle, or are infinite, where almost exact values (up to 6-7 digits) are achieved when using no more than 12-16 members of the expansion. However, for a very elongated rectangular body the method gives much worse results, and the error can reach up to 2%. The practical significance of the proposed approach consists in the obtaining the simple and effective tool for testing the capabilities of commercial packages for calculating the parameters of fracture mechanics, which, as we know, do not always provide the correct results for case when load is applied on the crack surfaces. A thin-walled pipe with a long surface crack is considered. The pipe, surface of which may contain the initial deviation form ideal circle, is loaded by inner pressure. In first time the problem of determining the SIF was considered in a geometrically nonlinear formulation, when changes in the geometry of the body in the process of deformation are accounted for linear material behavior. Based on the Chen-Finnie method, which considers the crack as concentrated compliance, and on original solution for geometrically nonlinear behavior of curved initially distorted beam, the compact analytical formulas are obtained, which gives the value of SIF for each value of inner pressure. Comparison of the analytical results with those obtained by careful numerical FEM analysis, on the one hand, showed their good correspondence, and therefore the accuracy and efficiency of both the analytical and numerical procedures are confirmed. On the other hand, for the first time in the scientific literature, the value of SIF in a geometrically nonlinear formulation are obtained for surface cracks in slightly distorted cylindrical shell with surface long crack. It was shown that even for perfectly circular pipes having the cracks with depth up to half of the thickness of pipe walls, loaded by moderate level of inner pressure, the geometrical nonlinear values of SIF can be 10-15% less than those at linear approach application. This is very significant practical result. Another geometrically nonlinear problem is numerically investigated by known commercial FEM software for the through crack, which is loaded by a significant value of additional longitudinal force (the main factor of geometric nonlinearity considered) and small value of internal pressure (linear consideration). This statement distinguished this task from research conducted at NASA (USA), where the pressure and axial force were proportional as to pipe with closed ends. The geometric nonlinearity of the study is investigated through an incremental increase in loads and the corresponding recalculation of the SIF for the already taken into account changes in the deformed geometry (curvature). A number of tasks for determining the SIF for different pipe radii and dimensionless force values were calculated. Dimensionless parameters, which characterize the deviation of the values of SIF from the linear one, are numerically determined. Application of least square method allowed to suggest the simplified analytical formula for calculation of these deviations. These results are of great theoretical and practical importance. In particular, it is shown that for real pipes the neglecting by influence of axial force in usual approach may lead to 4-6% error of SIF determination. It is noted that additional account for large values of pressure, possible plastic deformations, may further reduce the actual values of SIF. Thus, the significance of the problems and the need for further research in this direction are shown. The necessity of analysis of flat cracks of non-canonical shape in three-dimensional bodies is noted. This is due to the fact that almost all existing solutions in the literature and reference results in normative documents are given for cracks that have shape of an ellipse or its part. However, real cracks detected by non-destructive testing are irregularly shaped cracks. Therefore, it is necessary to create the analytical methods that would allow to assess the impact of the crack shape, and to verify them with careful numerical procedures by FEM. For this purpose, flat internal cracks in infinite 3D body are considered. The formulation of problems for them is reduced to well-known integro-differential equation of the theory of elasticity. Note, that exact fundamental analytical solutions of which exist only for a circular crack and only for some simple laws of loading for an elliptic crack. A universal semi-analytical method for solving the integro-differential equation of the theory of elasticity for plane cracks of normal separation of arbitrary shape has been developed. It is proposed to consider the displacement of the crack edges as a product of a certain function of the crack shape, which satisfy to known asymptotic behavior of the displacement field near the crack front, and a certain polynomial series. As for the functions of the form, three variants of their choice were investigated - a) classical, which depends on the squares of ratio of radial coordinate of the considered point, and the corresponding coordinate of contour point; b) multiplicative, based on the product of equations describing the straight sections of the crack contour, and c) the original Oore-Burns function, which is an integral of the crack contour from the inverse square of the distance of the considered point to each point of the contour. The results showed that the greatest accuracy is achieved by application of hypersingular approach with Oore-Burns function of form. The verification of results was performed for elliptic crack, semielliptic inner crack, rectangular crack. The results were compared with numerical ones calculated by FEM. Practical calculations of SIF dependance with time for NPP reactor ant its elements for different scenarios of emergency situations are carried out. A number of simulation models with a built-in crack have been created, for which SIF calculations were performed by nonlinear FEM analysis. For cracks going through the cladding, where stress jumps occur, the method of influence functions is elaborated, and analytical-numerical procedure used piece-wise continuous basic laws of loading. Practical calculations were performed for the nozzle of reactor vessel, the cylindrical part of vessel, the core barrel and core baffle. These calculations were used to justify the extension of the service life of several units of Ukrainian NPPs.
Диссертационная работа посвящена разработке численных и аналитических методов расчета коэффициента интенсивности напряжений, (КИН) для неклассических проблем механики разрушения, в частности, для трещин сложной формы и для трещин в тонкостенных конструкциях с учетом геометрической нелинейности, (ГН). Представлена модификация метода Вильямса, что учитывает затухающие на бесконечности члены. Исследованы границы и даны рекомендации о применении данного метода. Разработан аналитический метод расчета КИН в трубах с длинными осевыми поверхностными трещинами с учетом ГН в зависимости от внутреннего давления. Результаты хорошо коррелируют с полученными в роботе численными решениями МКЭ. Построены численные модели для расчета КИН и раскрытия берегов трещин в ГН постановке для сквозных трещин в зависимости от переменной величины осевой силы. Построена апроксимационная формула, что описывает влияние ГН эффекта для обобщенной осевой силы и безразмерной длины трещины. Показана значимость эффекта для реальных лабораторных экспериментов. Разработан универсальный полуаналитический метод решения интегро-дифференциального уравнения теории упругости для плоских трещин нормального отрыва произвольной формы. Для проверки аналитических результатов построены численные модели МКЭ для трещин разной формы, например, для прямоугольной, внутренней полуэллиптической трещины, и др., и проведено сопоставление результатов. Проведены практические расчеты КИН во времени для элементов конструкций АЭС для разных сценариев прохождения аварийных ситуаций. Для этого создан ряд имитационных моделей со встроенной трещиной, для которой расчеты КИН проводили методами нелинейной механики разрушения. Для трещин, что проходят через наплавленный материал, где происходят скачки напряжений, обосновано применение метода функций влияния, для чего разработано аналитико-численную процедуру, что использует частично непрерывные базовые законы нагружения.

У роботі відпрацьовано методику розрахунку течії газу в проточній частині вихрової турбіни та розроблений на її базі турбогенератор для блоку підготовки паливного газу компресорної станції магістрального газопроводу. Виконані газодинамічний та геометричний розрахунок, у результаті яких спроєктований турбогенератор на базі вихрової турбіни. Також було виконано розрахунки обичайки та еліптичної кришки з врахуванням внутрішнього тиску.
В работе отработана методика расчёта течения газа в проточной части вихревой турбины и разработан на её базе турбогенератор для блока подготовки топливного газа компресорной станции магистрального газопровода. Выполнены газодинамический и геометрический расчет, в результате которых спроектирован турбогенератор на базе вихревой турбины. Также были выполнены расчёты обечайки и эллиптической крышки с учётом внутреннего давления.
In this work, a method for calculating the gas flow in the flow path of a vortex turbine has been worked out and a turbine generator has been developed on its basis for the fuel gas preparation unit of the compressor station of the main gas pipeline. Gas-dynamic and geometric calculations have been performed, as a result of which a turbine generator based on a vortex turbine has been designed. Also, calculations of the shell and elliptical cover were performed taking into account the internal pressure.

В роботі виконані термогазодинамічні розрахунки для оптимального режиму роботи при різних значеннях витрат газу на вході в вихровий компресор. Виконано аналіз результатів розрахунків і отримано залежності основних режимних параметрів компресора від витрат газу на вході в компресор і виконано їх аналіз. Обрано варіант для подальшого проектування. Спроектовано вихровий компресор з двоканальною проточною частиною, що дозволяє розвантажити ротор компресора від осьових зусиль. В розділі охорони праці проведено аналіз небезпечних та шкідливих виробничих факторів при роботі вихрового компресора і зроблений розрахунок шумоглушника.
В работе выполнены термогазодинамические расчеты для оптимального режима работы при различных значениях расхода газа на входе в вихревой компрессор. Выполнен анализ результатов расчетов и получены зависимости основных режимных параметров компрессора от расхода газа на входе в компрессор и выполнен их анализ. Выбран вариант для дальнейшего проектирования. Спроектирован вихревой компрессор с двухканальной проточной частью, позволяющей разгрузить ротор компрессора от осевых усилий. В разделе охраны труда проведен анализ опасных и вредных производственных факторов при работе вихревого компрессора и произведен расчет шумоглушителя.
In this work, a thermogas-dynamic calculations for the optimal mode of operation at different values ​​of gas flow at the inlet to the vortex compressor are performed.  The analysis of the results of calculations is performed and the dependences of the main mode parameters of the compressor on the gas flow at the inlet to the compressor are obtained and their analysis is performed.  An option for further design has been selected.  A vortex compressor with a two-channel flow part is designed, which allows to unload the compressor rotor from axial forces.  In the section of labor protection the analysis of dangerous and harmful production factors at work of the vortex compressor is carried out and the calculation of the muffler is made.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.16 – турбомашини та турбоустановки. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2015 р. В дисертації розроблено метод розрахунково-теоретичного дослідження структури течії та характеристик ступенів відцентрових нагнітачів з радіальними лопатками робочих коліс, який дозволяє визначати в широкому діапазоні режимів роботи сумарні характеристики та структуру осередненої у коловому напрямку стисливої дозвукової течії в проточній частині, включаючи міжлопаткові канали. Для врахування в'язких ефектів використані узагальнені напівемпіричні залежності, що використовуються для розрахунку відцентрових нагнітачів. Запропонований метод дозволяє врахувати геометричні особливості радіальних робочих коліс з лопатками, що образовані циліндричними або конічними поверхнями, лопаткових і безлопаткових дифузорів, зворотних направляючих апаратів та криволінійних обводів проточних частин, а також оцінювати узгодженість їх сумісної роботи. За допомогою розробленого програмного комплексу AxCB проведено верифікацію методу розрахунку, яка показала задовільну точність зіставлення результатів числових досліджень течій в ступенях ВЦН з даними експериментальних досліджень та з аналітичним рішенням. Проведено дослідження впливу геометричних параметрів проточної частини і лопаткових вінців на структуру течії і сумарні характеристики ступенів ВЦН. На підставі виконаного детального аналізу запропоновано удосконалення геометричних параметрів трьох ступенів ВЦН з метою підвищення їх напору, ККД або розширення робочої зони характеристики.
Thesis for scientific degree of the Candidate of Sciences (Engineering) on the special-ty 05.05.16 – Turbomachinery and Turboplants. – National Technical University "Kharkiv Politechnical Institute", Kharkov, 2015. The calculation and theoretical studies method of flow structure and characteristics of centrifugal blowers stages with impellers radial vanes was created. It allows determining summary characteristics and 2D flow structure of flow path including blade-to-blade channels in wide range of working regimes. To account for viscous effects generalized semiempirical dependences for centrifugal blowers were used. The proposed method allows taking into account the geometric features of radial impeller with blades that formed by cylindrical and conical surfaces, vaneless and vaned diffusers, reverse guide vanes and gas-path curvilinear contours. The software package AxCB was developed, which allows carrying out the verification of the calculation method. It showed satisfactory accuracy of flow numerical investigation results in the stages with experimental and analytical data. With the proposed method and software package AxCB studies were undertook which dealt with influence of different geometric parameters of flow path and blade rows on the flow structure and stages summary characteristics. On the basis of a detailed analysis modernization of three centrifugal blower stages was proposed to improve their basic parameters or expand the characteristic working area.

Кваліфікаційна робота магістра становить 93 сторінки, в тому числі 80 рисунків, сім таблиць, бібліографії із 24 джерел на двох сторінках, двох додатків на 19 сторінках. Мета роботи. Запропонувати раціональну конструкцію верстатів з паралельною кінематикою за умови їх виробництва та застосування в Сумській області шляхом перевірки її жорсткості на основі застосування чисельних методів. Для досягнення поставленої мети в роботі були встановлені та вирішенні наступні завдання: 1) виконати аналіз виробів під час виготовленні яких можуть бути задіяні верстати з паралельною кінематикою; 2) виконати аналіз обладнання на якому на цей час виконують обробку цих деталей; 3) зробити аналіз технологічної системи, яка впливає на механічну обробку деталей зі складною геометрією та визначити параметри жорсткості цих систем; 4) розробити модель верстату з паралельною кінематикою; 5) виконати аналіз жорсткості з проектованої моделі за допомогою чисельних методів і отриманий результат порівняти з існуючими результатами верстатів інших модифікацій. Об’єкт дослідження – процес перевірки жорсткості верстатів з паралельною кінематикою за допомогою чисельних методів. Предмет дослідження – методи визначення жорсткості верстатів з паралельною кінематикою та отримання даних для можливості їх впровадження в потрібних зонах виробництва. Наукова новизна отриманих результатів. Наукова новизна роботи полягає в тому, що на основі запропонованого інструментарію перевірки жорсткості верстатів можливо визначити доцільність застосування цих верстатів для використання під час виготовлення конкретної деталі для конкретного виробництва.
Квалификационная работа магистра составляет 93 страницы, в том числе 80 рисунков, семь таблиц, библиографии из 24 источников на двух страницах, двух приложений на 19 страницах. Цель работы. Предложить рациональную конструкцию станков с параллельной кинематикой при условии их производства и применения в Сумской области путем проверки ее жесткости на основе применения численных методов. Для достижения поставленной цели в работе были установлены и решении следующие задачи: 1) выполнить анализ изделий при изготовлении которых могут быть задействованы станки с параллельной кинематикой; 2) выполнить анализ оборудования на котором в настоящее время выполняют обработку этих деталей; 3) сделать анализ технологической системы, которая влияет на механическую обработку деталей со сложной геометрией и определить параметры жесткости этих систем; 4) разработать модель станка с параллельной кинематикой; 5) выполнить анализ жесткости с проектируемой модели с помощью численных методов и полученный результат сравнить с существующими результатами станков других модификаций. Объект исследования – процесс проверки жесткости станков с параллельной кинематикой с помощью численных методов. Предмет исследования – методы определения жесткости станков с параллельной кинематикой и получения данных для возможности их внедрения в нужных зонах производства. Научная новизна полученных результатов. Заключается в том, что на основе предложенного инструментария проверки жесткости станков можно определить целесообразность применения этих станков для использования при изготовлении конкретной детали для конкретного производства.
The master's qualification is 93 pages, including 80 drawings, seven tables, bibliographies from 24 sources on two pages, two applications on 19 pages. The purpose of the work. To offer rational design of machines with parallel kinematics under the condition of their production and application in Sumy region by checking its rigidity based on application of numerical methods. In order to achieve this goal, the following tasks were established and solved in the work: 1) to perform analysis of products during the production of which machines with parallel kinematics may be involved; 2) perform an analysis of the equipment on which these parts are being processed at this time; 3) to analyze the technological system that influences the machining of parts with complex geometry and to determine the rigidity parameters of these systems; 4) to develop a model of machine with parallel kinematics; 5) perform rigidity analysis of the designed model using numerical methods and compare the result with the existing results of machines of other modifications. The object of study is the process of checking the rigidity of machines with parallel kinematics using numerical methods. The subject of the study is methods of determining the rigidity of machines with parallel kinematics and obtaining data for the possibility of their introduction in the required production zones. Scientific novelty of the obtained results. The scientific novelty of the work is that on the basis of the proposed tool for checking the rigidity of the machines, it is possible to determine the feasibility of using these machines for use in the manufacture of a specific part for a particular production.

Розглянуто методику автоматизованого розрахунку геометричних характеристик простих і складних перерізів стержнів різноманітних будівельних та конструктивних споруд. Методика дозволяє суттєво прискорити термін проектування та перевірки міцності елементів конструкцій, що проектуються

ЗМІСТ УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ УМОВНІ СКОРОЧЕННЯ ВСТУП РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ РЕЗУЛЬТАТІВ ДОСЛІДЖЕНЬ АЕРОДИНАМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЬОВИХ ВЕНТИЛЯТОРІВ 1.1. Аналіз аеродинамічних характеристик осьових вентиляторів 1.2. Методи зниження рівня кінцевих втрат в ступенях осьових вентиляторів 1.3. Методи дослідження характеристик осьових вентиляторів 1.4. Мета та постановка задач наукового дослідження ВИСНОВКИ ПО РОЗДІЛУ 1 РОЗДІЛ 2. МОДЕЛЮВАННЯ ТЕЧІЇ В СТУПЕНІ ОСЬОВОГО ВЕНТИЛЯТОРА 2.1. Моделювання течії в ступені осьового вентилятора 2.2. Розрахунок параметрів газодинамічного впливу на кінцеві вихрові течії в ступенях ОВ ВИСНОВКИ ПО РОЗДІЛУ 2 РОЗДІЛ 3. МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ АДАПТИВНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ РІВНЯ КІНЦЕВИХ ВТРАТ У ЛОПАТКОВИХ ВІНЦЯХ ОСЬОВИХ ВЕНТИЛЯТОРІВ 3.1. Розробка методики розрахунку параметрів та характеристик рециркуляційних порожнин адаптивної системи 3.2. Формування узагальнених залежностей та математичної моделі адаптивної системи 3.3. Розробка методики розрахунку параметрів та характеристик рушійного елементу адаптивної системи ВИСНОВКИ ПО РОЗДІЛУ 3 РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ АДАПТИВНОЇ СИСТЕМИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ СТУПЕНЯ ОСЬОВОГО ВЕНТИЛЯТОРА 4.1. Опис та технічні характеристики автоматизованого експериментального комплексу 4.2. Методологія проведення експериментальних досліджень ступеня осьового вентилятора 4.2.1. Розробка методики вимірювання витрати ступеня ОВ 4.2.2. Розробка методики визначення коефіцієнта корисної дії ступеня осьового вентилятора 4.2.3. Розробка методики визначення тяги ступеня ОВ 4.3. Метрологічне забезпечення експериментальних досліджень 4.3.1. Алгоритм обробки та форма представлення результатів прямих вимірювань 4.3.2. Алгоритм обробки та форма представлення результатів непрямих вимірювань 4.3.3. Методи перевірки нормальності розподілу результатів вимірювань ВИСНОВКИ ПО РОЗДІЛУ 4 РОЗДІЛ 5. ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ АДАПТИВНОЇ СИСТЕМИ 5.1. Результати експериментального дослідження нестаціонарних характеристик ступеня осьового вентилятора 5.2. Результати експериментального дослідження параметрів ступеня осьового вентилятора з резонатором 5.3. Результати експериментального дослідження параметрів ступеня осьового вентилятора із застосуванням адаптивної системи ВИСНОВКИ ПО РОЗДІЛУ 5 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 – Двигуни та енергетичні установки. – Національний авіаційний університет, Київ 2016. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої задачі розробки та обґрунтування наукових засад створення адаптивної системи газодинамічного впливу на відривну течію в ступенях осьових вентиляторів (ОВ). Показано, що одним з основних напрямків зменшення рівня кінцевих втрат, та як наслідок, аеродинамічного вдосконалення осьових вентиляторів, є застосування методів активного та пасивного керування відривними течіями. В дисертації вперше сформульовано загальні положення адаптивної системи газодинамічного впливу на відривну течію в ступенях ОВ та розроблено методику розрахунку її параметрів і характеристик. На основі розрахункових досліджень отримані узагальнені залежності та сформовано математичну модель системи. Для дослідження ефективності впливу адаптивної системи на параметри ефективності ступеня ОВ розроблено експериментальний газодинамічний стенд, що дозволяє провести апробацію та верифікацію результатів чисельного дослідження. Показана можливість підвищення ефективності ступеня ОВ із застосуванням адаптивної системи.