Защита кандидатской диссертации сотрудником CompMechLab А. Гаевым

03 декабря 2008 года на заседании диссертационного совета Д.212.229.13 СПбГПУ сотрудником CompMechLab А. Гаевым успешно защищена кандидатская диссертация по специальности 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры".

• доктор технических наук, проф. каф. "Турбинные двигатели и установки" СПбГПУ А.С. Ласкин;
• кандидат технических наук, вед. конструктор СКБ "Турбина", ОАО "Силовые Машины" (филиал "ЛМЗ") С.А. Тихомиров.

Ведущая организация – ОАО "НПО по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова" (НПО ЦКТИ).

Диссертационная работа А.В. Гаева посвящена разработке и построению рациональных  пространственных (3-D) конечно-элементных (КЭ) моделей рабочей лопатки (РЛ) длиной 960 мм с вильчатым и елочным хвостовыми соединениями, которые с высокой степенью точности описывают 3-D напряженно-деформированное состояние (НДС) и вибрационное состояние РЛ под действием центробежных сил с учетом множественных пространственных контактных взаимодействий между:

• бандажными полками, демпферными проволоками и профильной частью РЛ;
• элементами вильчатых / елочных хвостовых соединений и диском с учетом возможных технологических отклонений геометрических размеров сопрягаемых элементов (рис. 1).

Рис. 1. Основные элементы рабочего колеса последней ступени (нажмите для просмотра)

В работе для решения задач применены методы теории упругости и упруго-пластичности, механики контактного взаимодействия и теории колебаний. Все расчётные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов (МКЭ), академических и коммерческих бессрочных лицензий на программную систему конечно-элементного анализа ANSYS.

Научную новизну диссертационной работы А.В. Гаева составляют:

1. "Эталонное" НДС лопаточного венца в целом под действием центробежных сил с учетом множественного контактного взаимодействия между: бандажными полками, демпферными проволоками и профильной частью лопатки, хвостовым соединением и диском ("эталонное" НДС - 3-D НДС, полученное с помощью полномасштабной модели с числом степеней свободы, как правило, превышающем 3 000 000);
2. Методика расчета, основанная на применении специально разработанного семейства "рациональных моделей", удовлетворяющих требованию высокой степени адекватности реальному объекту при минимальном времени решения задачи. Результаты исследования 3-D НДС всех элементов вильчатого хвостового соединения, которые хорошо согласуются с "эталонным" решением;
3. Результаты исследования 3-D НДС элементов вильчатого хвостового соединения с учетом возможных технологических отклонений геометрических размеров вилок и заклепок, а также результаты исследования 3-D НДС РЛ с елочным хвостовым соединением, полученные с помощью разработанной методики;
4. Методика определения размеров и формы площадок контактного взаимодействия между демпферными проволоками и профильной частью РЛ и результаты исследования их влияния на НДС профильной части лопатки;
5. Методика и результаты исследования 3-D НДС в зонах концентрации напряжений (галтели в зонах бандажной полки и хвостового соединения, зоны отверстий под демпферные проволоки), позволяющие на этапе проектирования анализировать размеры и форму зон пластических деформаций в РЛ;
6. Методика расчета вибрационных характеристик РЛ, а также коэффициентов демпфирования с учетом 3-D контактного взаимодействия между сопрягаемыми элементами, основанная на решении динамической контактной задачи с трением.

На рис. 2 представлены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Рис. 2. Результаты работы (нажмите для просмотра)

Перед защитой

Выступление А.В. Гаева

Председатель диссертационного совета Д.212.229.13, заслуженный деятель науки РФ, д.ф.-м.н., профессор В.А. Пальмов (справа) и член диссертационного совета, зав. каф. "Математическое и программное обеспечение высокопроизводительных вычислений", д.т.н., профессор Ю.Я. Болдырев во время дискуссии

А.В. Гаев имеет 16 опубликованных работ, в том числе по теме диссертации - 7.

Наиболее значительные работы:

1. Гаев А.В., Боровков А.И. Метод многоуровневого конечно-элементного моделирования для анализа напряженно-деформированного состояния рабочих лопаток  паровых турбин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - СПб.: Изд. СПбГПУ. 2008. №4. С. 45 - 49.
2. Боровков А.И., Гаев А.В. Конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния вильчатого хвостового соединения рабочей лопатки последней ступени паровой турбины  // Научно-технические ведомости СПбГТУ.  - СПб.: Изд. СПбГПУ. 2006. №6, т.1. С. 70 - 76.
3. Боровков А.И., Гаев А.В. Конечно-элементное моделирование и исследование вибрационного состояния рабочей лопатки последней ступени паротурбинной установки // Труды СПбГТУ, № 498. Вычислительная математика и механика. СПб. Изд-во СПбГПУ. - 2006. C. 162 -170.
4. Borovkov A.I., Gaev A.V. 3-D Finite Element Structural Analysis of Attachments of Steam Turbine Last Stage Blades // Proc. 11^th Int. ANSYS’2004 Conf. Pittsburgh, PA, USA. 2004. 16p.

На автореферат диссертации А.В. Гаева поступило 8 положительных отзывов из следующих организаций:

• ОАО "Калужский турбинный завод", подписан генеральным конструктором, начальником ОКБ ОАО "КТЗ", д.т.н., проф. Ю.Л. Лукашенко;
• ОАО "Силовые Машины", филиал "Ленинградский Металлический Завод", подписан зам. главного конструктора по расчетно-экспериментальным работам СКБ газовых турбин и парогазовых установок, к.т.н. Симиным Н.О.;
• ОАО "Всероссийский теплотехнический НИИ", подписан зам. ген. директора ОАО "ВТИ" по научной работе Тумановским А.Г.;
• OAO "Всероссийский научно-исследовательский  и проектно-конструкторский институт атомного энергетического машиностроения", подписан зав. отделом, к.т.н., Назаровым О.И.;
• ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет", подписан зав. кафедрой "Судовые турбины и турбинные установки", к.т.н., проф. Погодиным Ю.М.;
• ГОУ ВПО "Брянский государственный технический университет", подписан проф. каф. "Тепловые двигатели", д.т.н. Буглаевым В. Т.;
• ГОУ ВПО "Пензенский государственный университет", подписан проф. каф. "Прикладная механика и конструирование машин", д.т.н., Муйземнеком А.Ю.;
• ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет", подписан зав. кафедрой "Турбинные двигатели и  установки", д.т.н., проф. Рассохиным В.А.

При проведении тайного голосования диссертационный совет в количестве 24 человек (из них – 6 докторов наук по профилю рассматриваемой диссертации), участвовавших в заседании, из 29 человек, входящих в состав совета, проголосовал "единогласно" (за – 24, против – нет, недействительных бюллетеней – нет), за присуждение А. В. Гаеву ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.06 "Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры".