汽輪機(jī)葉片壽命預(yù)測及評估的研究.pdf

1、隨著電力工業(yè)的發(fā)展，人們對汽輪機(jī)關(guān)鍵零部件葉片的強(qiáng)度、壽命提出了更高的要求。汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況表明疲勞破壞是葉片的主要失效方式，但汽輪機(jī)葉片不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜且運(yùn)行條件惡劣、受力難以定性描述，這些都增加了葉片壽命問題的研究難度，有限元分析方法是一種可用的疲勞分析方法，用它來研究葉片的疲勞性能，對葉片的設(shè)計(jì)、制造、優(yōu)化和評估具有重要的意義。
　　以國產(chǎn)135MW/100MW汽輪機(jī)易出現(xiàn)故障的葉片為研究對象，結(jié)合有限元方法，利用Hyper

2、Mesh、Ansys等軟件計(jì)算出葉片的靜動應(yīng)力，提出了一種結(jié)合有限元仿真分析和疲勞壽命理論評估易損葉片的分析方法。首先計(jì)算葉片的應(yīng)力，然后將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到MSC. Fatigue軟件中預(yù)測葉片的壽命，并對汽輪機(jī)易損葉片進(jìn)行壽命評估，該研究工作對于葉片的設(shè)計(jì)和壽命管理具有重要指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。主要的研究工作如下：
　　1）分析得出了葉片的兩種常見的疲勞破壞方式，進(jìn)而研究了葉片材料的疲勞特性參數(shù)的確定方法及它們之間的相互關(guān)系，為疲勞

3、分析提供了基礎(chǔ)。
　　2）針對葉片的低周疲勞，分析總結(jié)了影響其低周疲勞的兩種主要載荷，即穩(wěn)態(tài)蒸汽力載荷和離心力載荷，并研究了穩(wěn)態(tài)蒸汽力載荷的計(jì)算方法。通過在HyperMesh和Ansys中建立了葉片的有限元模型。接著計(jì)算得出葉片的靜應(yīng)力分布，以所得葉片的靜應(yīng)力分布為基礎(chǔ)結(jié)合葉片材料的應(yīng)變疲勞特性曲線和葉片載荷譜，采用Neuber方法進(jìn)行應(yīng)變修正，基于Miner線性疲勞累積損傷理論對葉片進(jìn)行了低周疲勞壽命分析和預(yù)測，并給出了葉片的低

4、周疲勞壽命評估方法。
　　3）針對葉片的高周疲勞，分析總結(jié)了影響其高周疲勞的主要載荷為蒸汽激振力。以單只葉片為研究對象，通過模態(tài)分析并運(yùn)用坎貝爾圖確定了葉片發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速和頻率。接著對葉片進(jìn)行了諧響應(yīng)分析，以擴(kuò)展諧響應(yīng)分析得到的葉片動應(yīng)力分布為基礎(chǔ)結(jié)合材料應(yīng)力疲勞特性曲線和葉片載荷譜，采用Goodman直線進(jìn)行平均應(yīng)力修正，基于 Miner線性疲勞累積損傷理論對葉片進(jìn)行了高周疲勞壽命分析和預(yù)測。最后，給出了如何利用研究內(nèi)容對葉片