Komplexní strukturální analýza kompresorového kola s využitím MKP

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá využitím MKP softwaru ANSYS při analýze skutečného lopatkového kola radiálního kompresoru, používaného v malých leteckých turbínových motorech. Kompresorové kolo bylo navrženo a vyrobeno v První brněnské strojírně Velká Bíteš, konkrétně na Divizi letecké techniky. Cílem diplomové práce je komplexní analýza kompresorového kola, která se skládá z několika dílčích částí. První část je věnována strukturální statické a elasticko-plastické pevnostní analýze, za účelem posouzení velikosti napjatosti z hlediska mezního stavu pružnosti při použití lineárního a nelineárního modelu materiálu. Jako další následuje dynamická analýza. Konkrétně modální analýza, která dává představu o vlastních frekvencích a jejich tvarech kmitání lopatek, mezilopatek a celého kompresorového kola. Jako poslední je v práci provedena termální analýza při uvažování stacionárního i nestacionárního teplotního pole. Tato analýza je následně převedena na sdruženou úlohu, která dává představu o rozložení napětí vznikajícího díky teplené dilataci materiálu. Diplomová práce kopíruje postup výpočtových simulací, prováděných v praxi během etapy návrhu skutečného oběžného kola. Tedy ještě před vlastním procesem výroby a následném testování skutečného kompresorového kola.

This thesis explores the utilization of FEM software ANSYS in the analysis of the real blade wheel of a radial compressor used in small turbine aviation motors. This apparatus is made by První brněnská strojírna a.s., and its detached site in Velká Bíteš where it has the aviation engineering division. The aim of this thesis is a comprehensive blade wheel analysis composed of several steps. These steps include static and elasto-plastic strength analysis, which describes stress distribution and its assessment from the perspective of boundary conditions of elasticity during the use of the Hooke and the non-linear model of the material. Another step is dynamic analysis; in this case modal analysis, which describes the frequencies and its waveforms. The last part of the thesis contains thermal analysis while considering stationary and non-stationary thermal field. The analysis is then transformed into thermal-stress coupled analysis, which describes stress distribution resulting from thermal expansion of the material. The thesis follows the process of calculation simulations that are used during the design of a real impeller, thus before the creation of a prototype that undergoes real experiments.