Отправить статью по E-mail 
Анализ возможности применения топологической оптимизации при проектировании неохлаждаемых рабочих лопаток турбин
- Авторы: Васильев Б.Е.1, Магеррамова Л.А.1
-
Учреждения:
- Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Москва
- Выпуск: Том 14, № 3-1 (2015): Специальный выпуск
- Страницы: 139-147
- Раздел: ВЫПУСК БЕЗ РАЗДЕЛОВ
- URL: https://journals.ssau.ru/vestnik/article/view/2822
- DOI: https://doi.org/10.18287/2412-7329-2015-14-3-139-147
- ID: 2822
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Для наиболее полного использования возможностей интенсивно развивающихся аддитивных технологий необходимо применять новые подходы к проектированию деталей, один из которых основан на принципах топологической оптимизации. На примере типовой неохлаждаемой лопатки турбины низкого давления газотурбинного двигателя проведена топологическая оптимизация конструкции лопатки в обеспечение удовлетворения требований отстройки от резонансных частот колебаний и получения минимальной массы. В результате оптимизации получена конструкция отстроенной лопатки уменьшенной более чем на 30% массы по сравнению с прототипом при сохранении профиля лопатки. Результаты поверочного расчёта показали достаточность значений запасов прочности итоговой конструкции лопатки. Дополнительно приведено описание технологических ограничений различных классов аддитивных технологий и указан возможный способ изготовления получившейся конструкции лопатки. Анализ результатов, полученных в работе, показал возможность применения топологической оптимизации при проектировании неохлаждаемых лопаток турбин с учётом их изготовления методами аддитивных технологий с целью уменьшения массы и контроля собственных частот колебаний. Объединение методов аддитивных технологий и топологической оптимизации позволит использовать весь потенциал обеих технологий.
Ключевые слова
Об авторах
Б. Е. Васильев
Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Москва
Автор, ответственный за переписку.
Email: b_vasilyev@ciam.ru
Кандидат технических наук
Старший научный сотрудник, отделение динамики и прочности авиационных двигателей
РоссияЛ. А. Магеррамова
Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова, Москва
Email: lamagerramova@mail.ru
Доктор технических наук
Старший научный сотрудник, начальник сектора отделения «Динамика и прочность авиационных двигателей»
РоссияСписок литературы
- Emmelmann C., Petersen M., Kranz J., Wycisk E. Bionic lightweight design by laser additive manufacturing (LAM) for aircraft industry // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2011. V. 8065. Article number 80650L-80650L-12. doi: 10.1117/12.898525
- Tomlin M., Meyer J. Topology optimization of an additive layer manufactured (ALM) aerospace part // Proceeding of the 7th Altair CAE technology conference. 2011. P. 1-9.
- Brackett D., Ashcroft I., Hague R. Topology optimization for additive manufacturing // 22nd annual international solid freeform fabrication symposium. 2011. P. 348-362.
- Seppälä J., Hupfer A. Topology optimization in structural design of a LP turbine guide vane: potential of additive manufacturing for weight reduction // ASME Turbo Expo 2014: Turbine technical conference and exposition. 2014 V. 7A. doi: 10.1115/GT2014-25637
- Болдырев А.В., Комаров В.А. Автоматизация конструирования летательных аппаратов: электронное учеб. пособие. Самара: СГАУ, 2012. 123 c.
- Rozvany G.I.N. A critical review of established methods of structural topology optimization // Structural and Multidisciplinary Optimization. 2009. V. 37, no. 3. P. 217-237. doi: 10.1007/s00158-007-0217-0
- Сысоева В. В., Чедрик В. В. Алгоритмы оптимизации топологии силовых конструкций // Учёные записки ЦАГИ. 2011. Т. 42, № 2. С. 91-102.
- Kober M., Klauke T., Kühhorn A., Lenk O. Topology-optimized intermediate casing of aero engine and comparative evaluation of titanium and composite architecture in terms of load capacity and weight reduction // ASME Turbo Expo 2008: Power for land, sea and air. 2008. V. 5, Iss. PART A. P. 69-79. doi: 10.1115/GT2008-50644
- Dassault Systèmes SIMULIA Tosca Structure Documentation.
- Cook D. et al. Automatic Generation of Strong, Light, Multi-Functional Structures from FEA Output // Proceedings of the 21st Annual International Solid Freeform Fabrication (SFF) Symposium. Austin, Texas. 2010.
- Strano G., Hao L., Everson R.M., Evans K.E. A new approach to the design and optimization of support structures in additive manufacturing // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2013. V. 66, no. 9-12. P. 1247-1254. doi: 10.1007/s00170-012-4403-x
- Brecher C., Schmidt S., Fiebig S. Maximum member sizes and multiple concurrent optimization paths within a binary material topology optimization method // Proc. of 10th World Congress on structural and multidisciplinary optimization. May 19 - 24, 2013, Orlando, Florida, USA.
Дополнительные файлы
