葉輪的超速預(yù)加載與安定性分析.pdf

1、時(shí)輪是離心壓縮機(jī)中最關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)部件，自身結(jié)構(gòu)、工作條件均十分復(fù)雜，其工作狀態(tài)直接影響到整個(gè)機(jī)組的安全。隨著壓縮機(jī)各種設(shè)計(jì)參數(shù)的不斷提高，葉輪的運(yùn)轉(zhuǎn)條件和自身的力學(xué)特性也變得更為復(fù)雜。對(duì)旋轉(zhuǎn)葉輪進(jìn)行深入的力學(xué)分析，為葉輪設(shè)計(jì)提供依據(jù)，確保葉輪運(yùn)行的安全性，對(duì)于研發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大工業(yè)裝備具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。 本文對(duì)旋轉(zhuǎn)葉輪的力學(xué)特性進(jìn)行了深入的研究，包括如下兩個(gè)方面： (1)綜合考慮計(jì)算精度、規(guī)模和

2、效率，采用自適應(yīng)有限元方法，對(duì)離心壓縮機(jī)葉輪原始模型與修正模型進(jìn)行了精細(xì)的彈塑性分析。在此基礎(chǔ)上，數(shù)值模擬了超速預(yù)加載工藝過(guò)程，分析了超速預(yù)加載工藝過(guò)程中葉輪的von Mises應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變的演化歷程，通過(guò)與無(wú)超速預(yù)加載歷史葉輪在正常工作下的應(yīng)力水平做對(duì)比，揭示了超速預(yù)加載工藝的力學(xué)機(jī)理。分析了葉輪關(guān)鍵部位應(yīng)力對(duì)有限元網(wǎng)格的敏感性問(wèn)題，介紹了如何得到對(duì)網(wǎng)格不敏感的結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)應(yīng)力及相應(yīng)的強(qiáng)度判別準(zhǔn)則，進(jìn)而正確使用有限元計(jì)算結(jié)果估計(jì)葉輪

3、疲勞壽命。 (2)提出了將葉輪加載至發(fā)生塑性變形再卸載形成的殘余應(yīng)力作為自平衡應(yīng)力場(chǎng)的方法。根據(jù)極限分析與安定分析的兩個(gè)下限定理，建立了求解極限荷載和安定荷載的數(shù)學(xué)規(guī)劃，并進(jìn)行求解。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)進(jìn)行安定分析驗(yàn)證了方法的正確性。最后，對(duì)復(fù)雜的葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安定性分析，得到了葉輪工作時(shí)的安定條件。利用數(shù)學(xué)規(guī)劃列式，我們還進(jìn)一步證明了，如果對(duì)于結(jié)構(gòu)的所有點(diǎn)，彈性包絡(luò)都是在荷載乘子取最大(最小)值時(shí)達(dá)到，則結(jié)構(gòu)的極限荷載和安定荷載相等