汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子材料30Cr2MoV疲勞過(guò)程數(shù)值模擬與損傷評(píng)價(jià)方法.pdf

1、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)組的核心部件之一，它工作環(huán)境惡劣、體積大、造價(jià)昂貴。在工作條件下產(chǎn)生的載荷波動(dòng)、溫度梯度以及應(yīng)力集中等諸多因素使轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生不同程度的塑性變形，并因承受塑性應(yīng)變的循環(huán)作用而受到破壞，釀成事故。因此對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行精確的損傷評(píng)價(jià)顯得尤為重要。能量理論法是當(dāng)今金屬疲勞損傷研究的熱點(diǎn)，該方法對(duì)高溫部件的低周疲勞問(wèn)題及疲勞與蠕變耦合的問(wèn)題具有很好的適應(yīng)性，有很好的發(fā)展前景。另一方面，隨著數(shù)值計(jì)算方法、有限元理論和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)

2、展，利用有限元分析軟件可以對(duì)轉(zhuǎn)子的循環(huán)受載過(guò)程進(jìn)行模擬，并取代傳統(tǒng)材料疲勞實(shí)驗(yàn)。數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用不僅可以減少實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的數(shù)量，降低成本，而且還可以獲得疲勞實(shí)驗(yàn)中無(wú)法獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是以后疲勞損傷評(píng)價(jià)的發(fā)展趨勢(shì)。 本文以大型熱力發(fā)電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子為研究對(duì)象，依據(jù)轉(zhuǎn)子鋼材料30Cr2MoV的靜力學(xué)和疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Fortran計(jì)算語(yǔ)言和增量有限元方法建立了該材料的彈塑性損傷本構(gòu)關(guān)系。然后在此基礎(chǔ)上通過(guò)MSC.MARC平臺(tái)建立轉(zhuǎn)子材

3、料的三維標(biāo)準(zhǔn)疲勞受載試件模型，對(duì)模型循環(huán)加載過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)數(shù)值模擬得到了應(yīng)力、應(yīng)變分布、循環(huán)歷程的應(yīng)力應(yīng)變曲線（遲滯回線）。對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果在彈性和彈塑性階段分別進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)其與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果吻合較好。接著研究了虛擬疲勞過(guò)程中的塑性能變化規(guī)律，獲得了塑性能隨總應(yīng)變及無(wú)因次壽命的變化規(guī)律。將數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者也有很多相似之處。證實(shí)了該數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)方法的有效性。 本文總結(jié)出了以標(biāo)準(zhǔn)疲勞試件為對(duì)象的疲勞損