Optimization of the reinforcing layer of the compressor wheel from the composite material of the diesel turbocharger


Cite item

Full Text

Abstract

The purpose of this paper is to search for the optimal configuration of the variable parameters of the reinforcing layer of a compressor wheel made of a composite material. The composite material considered in this paper is a carbon matrix filled with carbon fiber. Variable parameters were the fiber fraction in the composite, the total thickness of the reinforcing layer, and the fiber fraction in the composite oriented in the circumferential direction of the disk. The objective function in this study is the safety factor of the wheel. The parameters were optimized by the Gauss-Seidel method. At each optimization step, the problem of the theory of thermoelasticity of anisotropic media was solved by the finite element method. In the course of the study it was found that the maximum safety factor of the wheel 1,15 is achieved with the maximum fiber fraction in the composite, the thickness of the reinforcing layer 1,4 mm and the fiber fraction 0,581 oriented in the circumferential direction. The deformations of the wheel with the above parameters remain at an acceptable level. According to the results of calculations it is established that it is possible to increase the level of manufacturability of the impeller production due to the transition to the reinforcement of the disk only in the circumferential direction. At the same time, the reduction of the general safety factor will be less than 6 %. Proceeding from the results obtained during the optimization process, it follows that in the future the optimization problem for the component base considered in the work can be carried out only with respect to the fiber fraction oriented in the circumferential direction. In the final part of the work, an analysis of the mass-inertial characteristics of a composite wheel with a wheel produced using traditional technology was made. The mass and moment of inertia of the rotor in the case of a wheel from composite material will be reduced by 11 % and 18 %, respectively.

About the authors

A. N Netrusov

Moscow Polytechnic University

Email: mixalichDM@mail.ru

V. M Fomin

Moscow Polytechnic University

Email: mixalichDM@mail.ru
DSc in Engineering

References

  1. Каминский В.Н. Каминский Р.В., Григоров И.Н., Терегулов Т.И., Сибиряков С.В. Расчет напряженно-деформируемого состояния колеса компрессора турбокомпрессора транспортного ДВС // Наукоград. 2016. № 4 (10). С. 46-51.
  2. Лущенко В.А. Формирование и обеспечение качества подшипникового узла турбокомпрессора высокофорсированного автомобильного дизеля на этапе проектирования и доводки: дис. …канд. техн. наук. Набережные Челны, 2014. 121 с.
  3. Нетрусов А.Н., Фомин В.М. Исследование прочностных качеств рабочих колес из композитного материала агрегатов наддува дизелей // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 2. С. 21-28.
  4. Нетрусов А.Н., Фомин В.М. Сравнительный анализ характеристик ротора турбокомпрессора из композиционных и традиционных материалов // Наукоград. 2017. № 2 (12). С. 66-73.
  5. Нетрусов А.Н., Фомин В.М. Композиционные материалы для рабочих колес турбокомпрессоров автотракторных двигателей // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 8. С. 28-36.
  6. Hommes D.J., Williams C.E. Composite centri­fugal compressor wheel. United States Patent № US 8,794,914. Date of patent 05.08.2014. 8 p.
  7. Карпинос Д.М. Композиционные материалы. Справочник. Киев: Наукова думка, 1975. 592 с.
  8. Пятов И.С., Шибоев О.В., Бузинов В.Г., Макаров А.Р., Костюков А.В., Поседко В.Н., Финкельберг Л.А., Костюченков А.Н. Углеродные материалы для деталей ГТД и ДВС, проблемы и перспективы // Известия МГТУ «МАМИ». 2014. № 4 (22). Т. 1. С. 55-60.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2018 Netrusov A.N., Fomin V.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».