РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ТРАКТА ТНА С ЦЕЛЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Введение 5
1 Аддитивные технологии 6
1.1 Общие понятия и положения аддитивных технологий 6
1.2 Доля Аддитивных-технологий в мире машиностроения 11
1.3 Технологии печати SLM и DMLS 13
1.3.1 Отличительные особенности SLM и DMLS печати 13
1.3.2 Как работает 3D-печать металлами 14
1.3.3 Преимущества и ограничения DMLS / SLM 17
1.3.4 Материалы изготовления SLM и DMLS 18
1.4 Механическая и термическая обработка детали 21
1.5 Необходимое дополнительное оборудование для производства 22
1.6 Выбор технологии 3Д печати 23
2 ТНА, основные понятия, выбор деталей для 3Д печати 24
2.1 Выбор компоновочной схемы ТНА 25
2.2 Принцип конструкции насосов и рабочих колес ОК и Г в ТНА 30
2.3 Работа осевых колес, (шнеков) 35
2.4 Конструкция газовых турбин 37
2.5 Ротор вращения ТНА (вал) 42
2.6 Корпуса ТНА 43
2.7 Вывод по применению 3Д печати в производстве ТНА 45
3 Исследование топологии и топологическая оптимизация 46
3.1 Техники топологической оптимизации 47
3.2 Современные направления в топологической оптимизации 48
3.3 Математическая модель топологической оптимизации элемента конструкции 49
3.4 Обзор программного обеспечения для задач топологической оптимизации 52
3.5 Численное моделирование задачи топологической оптимизации 54
3.6 Результаты топологической оптимизации условной детали 55
3.7 Топологическое исследование и оптимизация деталей ТНА 57
Заключение 59
Список использованных источников 61

Весь текст будет доступен после покупки

«Разработка методов топологической оптимизации газожидкостного тракта ТНА с целью применения аддитивных технологий производства», при его создании, является важной задачей машиностроения на данном этапе развития промышленности и в развитии ракетостроении, в частности.
Неотъемлемыми проблемами теории и практики в производстве ТНА являются повышение производительности, снижение энергетических, инструментальных и других затрат.
Благодаря данной технологии у нас появляется возможность сократить время на изготовление для некоторых сложных узлов и отдельных деталей в ТНА, при этом снижается вероятность брака, а также уменьшаются как временные, так и материальные затраты.
Поэтому окончательная тема нашей работы: «Разработка методов топологической оптимизации газожидкостного тракта ТНА с целью применения аддитивных технологий производства» - является актуальной.
В первой главе данной работы описывается что из себя представляют аддитивных технологий, виды аддитивных технологий и какие задачи при их использовании они способны решать.
А в частности были рассмотрены виды 3Д печати металлом такие как:
• SLM (селективное лазерное спекание металлического порошка)
• DMLS (прямое спекание металлического порошка)
Более подробно в данной главе были рассмотрены аддитивные технологии SLM и DMLS.
В данных областях были рассмотрены такие вопросы как:
• Отличительные особенности SLM и DMLS печати
• Как работает 3D-печать металлами
• Преимущества и ограничения DMLS / SLM
• Материалы изготовления SLM и DMLS.
• Механическая и термическая обработка детали.
• Необходимое дополнительное оборудование для производства
Во второй главе рассматривается общая конструкция и виды ТНА, подбор необходимого ТНА под габариты печатной области выбранной технологии печати из уже существующих 3Д станков для печати, а также были рассмотрены виды возможных решений проблем с потерями КПД возникающих в ходе работы ТНА.
Так как при проектировании турбонасосных агрегатов (ТНА) двигателей летательных аппаратов задача оценки КПД имеет важное значение. Это связано с тем что, большая доля механических потерь в насосах и турбинах относится к так называемым дисковым потерям. Корректное определение механических потерь и КПД агрегата в целом невозможна без корректного определения момента сопротивления трения поверхностей вращения при течении жидкости в щелях, кавернах и боковых пазухах ТНА. А также дисковые потери вызваны сопротивлением, оказываемым вращению лопастного колеса на его наружных поверхностях. Эти потери можно несколько снизить, так как мы будем и иметь возможность печатать довольно гладкие поверхности в труднодоступных местах, по которым течет жидкость, а также уменьшать зазор, щели, между элементами, которыми создаются сопротивления трения, изготавливая данные поверхности более гладкими.
В третьей главе мы рассматриваем применение топологической оптимизации 3Д печати металлом, а в частности модель, предварительно созданную в CAD программе, пропускают через оптимизацию топологии — это метод, который позволяет получать новые, более эффективные топологии инженерных конструкций при заданной целевой функции и наложенных ограничениях. Поиск новых топологий в рамках этого метода осуществляется за счет введения набора управляющих переменных, которые описывают распределение материала в пределах расчетной области. Эти переменные определены либо в пределах каждого элемента сетки, либо в каждом сеточном узле. Изменение значения этих переменных аналогично изменению топологии объекта. Это означает, что отверстия или пустоты в конструкции могут появляться, исчезать и сливаться, а границы объекта могут принимать произвольную форму. Кроме того, управляющие параметры в некотором смысле определяются автоматически и связаны с дискретизацией.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Аддитивные технологии

1.1 Общие понятия и положения аддитивных технологий

Аддитивные технологии (от англ. Additive Fabrication) – обобщенное название технологий, предполагающих изготовление изделия по данным цифровой модели (или CAD-модели) методом послойного добавления (add, англ. – добавлять, отсюда и название) материала.
Получение изделия происходит послойно, шаг за шагом путем формирования (тем или иным способом) слоя материала, отверждения или фиксации этого слоя в соответствии с конфигурацией сечения СAD-модели и соединения каждого последующего слоя с предыдущим.
Послойный синтез предполагает проведение построения в среде инертного газа с охлаждением определенных зон, с местной усадкой металла, с захватом молекул газа окружающей среды (азота или аргона), с образованием дефектов, вызванных работой лазера, неоднородностью модельного материала и др. (рисунок 1).
Модельные (строительные) материалы могут быть жидкими (фотополимерные смолы, воски и др.), сыпучими (пески, порошковые полимеры, металлопорошковые композиции), в виде тонких листов (полимерные пленки, листы бумаги и др.), а также в виде полимерной нити или металлической проволоки, расплавляемой непосредственно перед формированием слоя построения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Овсянников, Б. В. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей / Б. В. Овсянников, Б. И. Боровский. 3 е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1986.
2. Савицкий В. В., Голубев А.Н., Быковский Д. Д. Исследование влияния параметров 3D-печати на размерную точность изделий // Вестник ВГТУ, №2 (35), 2018. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vliyaniya-parametrov-3d-pechati-na-razmernuyu-tochnost-izdeliy (дата обращения: 18.09.2021).
3. А. Г. Григорьянц, Д. С. Колчанов, А. А. Дренин, А. Г. Установка для селективного лазерного плавления металлических порошков // Аддитивные технологии: настоящее и будущее: Материалы IV Международной конференции, Москва, 2018. – С. 221-234.
4. Шерстянников В.Д., Калнин В.М. Гидродинамическое моделирование рабочего процесса ЖРД на режимах запуска М. Машиностроение. 1981.
5. Волков, Е.Б. Жидкостные ракетные двигатели / Е.Б. Волков, Л.Е.Еоловков, Т.А. Сырицын - М.: Воениздат, 1970. - 592 с.: ил.
6. Добровольский, М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: Учебник для вузов / М.В. Добровольский. 2-е изд., перераб. и доп.; под ред. Д.А. Ягодникова,- М.: Изд-во МЕТУ им. Н.Э. Баумана, 2005,- 448 с.: ил.
7. Д. В. Денисюк, Д. Ю. Ивлев, А. О. Кузнецов Использование SLM технологий 3D печати в авиастроении // Наука Промышленность Оборона: Труды XXI Всероссийской научно-технической конференции, Новосибирск, 2020. – С. 15-19.
8. Белоусов, А.И. Еидрогазодинамическое проектирование турбонасосных агрегатов двигателей летательных аппаратов: Учебное пособие / А.И. Белоусов, И.П. Косицын, С.Н. Рождественский - Куйбышев: КуАИ, 1974. - 135 с.: ил.
9. Белоусов, А.И. Конструктивные и силовые схемы турбомашин двигателей летательных аппаратов: Учебное пособие. - Куйбышев: КуАИ, 1988. - 92 с.: ил.
10. Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. Атлас профилей решёток осевых турбин. – М.: Машиностроение, 1965. – 96
11. 3-D Printing Manufacturing Process is Here; Independent global forum for the Unmanned Aircraft Systems community, UAS Vision: [Электронный ресурс]. – URL: http://www.uasvision.com.

Весь текст будет доступен после покупки