Numerical simulation of gas turbine engines fan blades emergency breakage
- Authors: Buzyurkin A.E.1, Gladkiy I.L.1, Kraus E.I.1
-
Affiliations:
- Issue: No 4 (2014)
- Pages: 52-60
- Section: ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ
- URL: https://journal-vniispk.ru/1994-6309/article/view/302229
- ID: 302229
Cite item
Full Text
Abstract
One of the criteria for evaluating the reliability of the aviation gas turbine engine housing is their ability to retain broken elements of the rotors and, primarily, the fan blades. The paper presents the results of numerical simulation of deformation and fracture of the aviation gas turbine engine housing after a high-speed collision with a fan blade at its emergency breakage. Parameters of Johnson-Cook model, describing the behavior of alloys VT6, OT4 and OT4-0, is verified. Comparison with experimental data showed a good agreement for the flying residual velocity of the broken blade and forms of punched holes. It is shown that depending on the housing material, its thickness and blade breakage velocity, there is a possibility of penetration of the housing by a broken blade and its departure beyond or localization of the broken blade inside the housing.
Keywords
About the authors
A. E. Buzyurkin
Email: buzjura@itam.nsc.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics), Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS, e-mail: buzjura@itam.nsc.ru
I. L. Gladkiy
Email: gladky@avid.ru
Ph.D. (Engineering), OJSC “Aviadvigatel”, e-mail: gladky@avid.ru
E. I. Kraus
Email: kraus@itam.nsc.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics), Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS, e-mail: kraus@itam.nsc.ru
References
- Акимов B.M. Основы надежности газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1981. – 207 с.2. Конструкционная прочность материалов и деталей ГТД / И.А. Биргер, Б.Ф. Балашов, Р.А. Дульнев. – М.: Машиностроение, 1981. – 222 с.3. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. – М.: Машиностроение, 1993. – 240 с.4. Federal Aviation Administration. Airworthiness Standards: Aircraft Engine Standards for Engine Life-Limited Parts. 14 CFR. Part 33.70. Amdt. 33-22, 72 FR 50860, 2007.5. European Aviation Safety Agency. Certification Specifications for Engines. CS-E. – 150 p.6. Нормы прочности авиационных газотурбинных двигателей гражданской авиации / под ред. Ю.А. Ножницкого. – 6-е изд. – М.: ГНЦ РФ ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2004. – 260 с.7. Каримбаев Т.Д., Луппов A.A. Исследование кинематики взаимодействия оборвавшейся лопатки вентилятора с деталями и узлами тракта ГТД методом конечных элементов в пакете LS-DYNA // Новые технологические процессы и надежность ГТД. – 2008. – Вып. 8. – С. 85–96.8. Гладкий И.Л. Исследование последовательности обрыва лопаток ГТД методом конечных элементов // Вестник ПГТУ. Динамика и прочность машин. – 2003. – № 4. – С. 125–130.9. Численное моделирование обрыва лопатки вентилятора / Ю.Н. Шмотин, A.A. Рябов, Д.В. Габов, С.С. Куканов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – № 9 (25). – С. 63–67.10. Гладкий И.Л., Березин Р.И. Экспериментальное определение стойкости к ударному воздействию материалов, применяющихся в корпусах вентиляторов газотурбинных двигателей // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2012. – Т. 14, № 4-5. – С. 1359–1362.11. LS-DYNA: Keyword User's Manual: vol. 1, 2: version R7.0. – Livermore, California: LSTC, 2013.12. Johnson G.R., Cook W.H. A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain Rates and High Temperatures // Proceedings of Seventh International Symposium on Ballistics, Hague, Netherlands, 19–21 April 1983. – Hague, 1983. – P. 541–547.13. Johnson G.R., Cook W.H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures // Engineering Fracture Mechanics. – 1985. – Vol. 21, iss. 1. – P. 31–48. – doi: 10.1016/0013-7944(85)90052-914. Hallquist J.O. LS-DYNA: Theoretical manual. – Livermore, California: Livermore Software Technology Corporation, 1998. – 498 p.15. Kraus E.I., Shabalin I.I. Impact loading of a space nuclear powerplant // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2013. – Vol. 24. – P. 138–150. – doi: 10.3221/IGF-ESIS.24.1516. Краус Е.И., Фомин В.М., Шабалин И.И. Определение модуля сдвига за фронтом сильной ударной волны // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Математическое моделирование и программирование». – 2014. – Т. 7, № 1. – С. 49–61. – doi: 10.14529/mmp14010517. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: справочник. – М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. – 520 с.18. Бузюркин А.Е., Гладкий И.Л., Краус Е.И. Применение численного моделирования для определения и верификации параметров модели Джонсона-Кука при высокоскоростном деформировании титановых сплавов // Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций: сборник материалов III Всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика Ю.Н. Работнова, 26–30 мая 2014 г. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – С. 17.19. Steinberg D.J. Equation of State and Strength Properties of Selected Materials: Report N UCRL-MA-106439. Change 1 / University of California, Lawrence Livermore National Laboratories. – Livermore, 1996. – 69 p.
Supplementary files
