汽輪機(jī)長葉片彈塑性分析及局部應(yīng)變疲勞研究.pdf

1、汽輪機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)中重要的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力設(shè)備，涉及的行業(yè)相當(dāng)廣泛，例如在發(fā)電、航運(yùn)中的使用，其制造和研發(fā)能力是一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)裝備技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志之一。汽輪機(jī)長期工作在高溫、高壓環(huán)境，停機(jī)和啟動(dòng)過程中溫度和受力變化很大，葉片容易出現(xiàn)裂紋。汽輪機(jī)運(yùn)作時(shí)，裂紋擴(kuò)展將導(dǎo)致壽命大幅降低，并威脅安全運(yùn)行。所以汽輪機(jī)葉片的強(qiáng)度分析與疲勞壽命計(jì)算研究是汽輪機(jī)生產(chǎn)制造和安全評估的重要內(nèi)容。隨著有限元計(jì)算的迅速發(fā)展，有限元數(shù)值模擬不僅可以克服大型構(gòu)件實(shí)驗(yàn)中

2、的諸多困難，并大大節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)代價(jià)。
　　本文針對汽輪機(jī)葉片安全評定，使用有限元軟件研究了汽輪機(jī)葉片在不同轉(zhuǎn)速下的彈塑性分析相關(guān)問題，在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下疲勞壽命分析相關(guān)問題，以及在指定壽命下估算葉片的轉(zhuǎn)速問題。首先對國內(nèi)外汽輪機(jī)葉片彈塑性分析、疲勞分析研究進(jìn)行了概述，總結(jié)了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，說明了汽輪機(jī)葉片彈塑性分析與疲勞分析在汽輪機(jī)制造設(shè)計(jì)中的重要性和研究意義。隨后介紹了汽輪機(jī)葉片彈塑性分析、疲勞分析所需理論與計(jì)算方法，并對相應(yīng)有

3、限元計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證。彈塑性方法驗(yàn)證:通過受壓厚壁圓筒理想彈塑性有限元分析、T型接管三通彈塑性有限元分析計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中實(shí)例結(jié)果對比，說明了使用的彈塑性分析過程的正確。疲勞壽命方法驗(yàn)證:通過T字型梁疲勞壽命有限元分析計(jì)算結(jié)果與對應(yīng)試件疲勞實(shí)驗(yàn)斷裂位置對比，證實(shí)所使用壽命分析方法的正確。在對汽輪機(jī)葉片進(jìn)行彈塑性有限元與疲勞有限元的整體分析研究時(shí)計(jì)算思路為:HyperMesh劃分網(wǎng)格→導(dǎo)入ABAQUS中設(shè)置載荷、邊界條件、接觸等，計(jì)算應(yīng)力

4、結(jié)果→Fe-Safe疲勞計(jì)算→ABAQUS顯示結(jié)果。隨后針對研究內(nèi)容，如彈塑性分析，疲勞壽命分析，影響因素對疲勞壽命的影響進(jìn)行了計(jì)算研究并給出了相應(yīng)的結(jié)論，最后研究了在指定壽命下估算葉片的轉(zhuǎn)速的方法。
　　研究計(jì)算結(jié)果顯示，在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)葉片根部和圍帶應(yīng)力較大，部分區(qū)域進(jìn)入塑性，范圍并不是很大;相應(yīng)的汽輪機(jī)葉片根部的疲勞壽命較低，主要是由于應(yīng)力集中導(dǎo)致，并且研究顯示尺寸因素對汽輪機(jī)疲勞壽命影響較大;指定葉片的設(shè)計(jì)壽命為30