空氣壓縮機葉輪的尺寸效應對疲勞壽命的影響研究.pdf

1、空分設備的大型化是提高系統(tǒng)運行效率、降低系統(tǒng)能耗的重要手段。但空分設備大型化后會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，關鍵零部件疲勞壽命降低。由于我國在此方面理論研究基礎較薄弱，使國內大型空分設備的研制落后于世界技術發(fā)達國家。本文選擇空分系統(tǒng)中的空氣壓縮機的葉輪為研究對象，運用可靠性串聯(lián)系統(tǒng)統(tǒng)計分析理論和應力梯度分析，研究了零部件尺寸變化對其疲勞壽命的影響規(guī)律，提出壓縮機葉輪不同尺寸時其疲勞壽命的預測方法，具體完成了如下工作。
　　(1)利用Weib

2、ull分布理論對單元塊壽命進行建模，結合可靠性串聯(lián)理論推導出大型構件的疲勞壽命理論計算公式。利用四組不同尺寸和不同缺陷試件的疲勞壽命測試實驗數(shù)據(jù)，驗證了理論計算結果。通過該理論還驗證:統(tǒng)計因素在尺寸不同的機械構件中是普遍存在的;構件在體積或者是薄弱環(huán)節(jié)趨近于無窮大時其統(tǒng)計因素的影響作用會逐漸穩(wěn)定不變。
　　(2)利用了Workbench來對葉輪模型進行仿真，確定了葉輪工作時危險點處應力值，得到危險點處的應力集中系數(shù)計算結果。對不同

3、尺寸的葉輪危險點進行仿真，得出了不同尺寸下各個危險點處的應力梯度數(shù)據(jù);利用Origin對應力梯度數(shù)據(jù)擬合，得到了應力梯度曲線隨尺寸變化規(guī)律的近似表達式，并求出了葉輪的尺寸系數(shù)，得到了葉輪尺寸和尺寸系數(shù)的關系規(guī)律圖。
　　(3)確定了葉輪的綜合修正系數(shù)中的尺寸系數(shù)、表面加工系數(shù)、危險點處的應力集中系數(shù)，得出了葉輪零件修正后的S～N疲勞曲線。利用Workbench對葉輪做了直接瞬態(tài)分析和單向流固耦合分析，得到其危險點處的載荷譜;利用C