Авторы создали цифровую модель вала, учитывающую размеры, форму, материалы и способы закрепления деталей. Каждый из элементов испытывался в виртуальной среде при разных режимах работы самолета — взлете, посадке и полете.
«Численное моделирование показало, что высокие механические напряжения распределены неравномерно и сконцентрированы в нескольких поперечных сечениях вала, в местах перехода геометрии, закрепления и соединения контактных поверхностей сопряженных деталей. Именно эти зоны оказались самыми уязвимыми: здесь конструкция испытывает пиковые нагрузки, возникает сложное напряженное состояние, которое затруднительно оценить при аналитическом расчете», — сообщила доцент кафедры «Динамика и прочность машин» Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) Елена Кузнецова, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Вал — это часть двигателя, которая вращается за счет энергии горячих газов: они расширяются и приводят в движение лопатки. Во время работы он одновременно подвержен кручению, растяжению и действию центробежных сил. При маневрах самолета — поворотах и снижении высоты — создается дополнительная нагрузка на крепления. Если на каком-то участке напряжение слишком высоко, то возрастает риск повреждения.
«В реальных условиях эксплуатации все эти факторы действуют одновременно и во взаимосвязи, а их комбинация может создавать локальные зоны концентрации напряжений, которые не выявляются при традиционном пофакторном анализе [прочности вала]. Ученые Пермского Политеха предложили комплексный анализ прочности вала — одновременный учет всех нагрузок. Он помогает определить, где усилить деталь, а где можно обойтись без утяжеления, применяя топологическую оптимизацию геометрии. Результаты работы позволят конструкторам точнее рассчитывать ресурс деталей и избегать излишнего утяжеления конструкций», — сообщили ТАСС в вузе.
Исследователи также получили новые количественные результаты, которые в дальнейшем позволят усовершенствовать условия испытаний деталей при проведении опытно-конструкторских работ.