貫流式水輪機管形座強度分析與優(yōu)化設計.pdf

1、水輪發(fā)電機組是利用水力發(fā)電的關鍵設備。燈泡貫流式水輪發(fā)電機是開發(fā)低水頭水電資源的優(yōu)良機型。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，開發(fā)低水頭水力資源已經(jīng)勢在必行。對于貫流式水力發(fā)電機組的開發(fā)，我國起步較晚，機型以引進為主，多采用傳統(tǒng)設計方法。 應用有限單元法理論和優(yōu)化設計思想，并結合高級有限元分析軟件ANSYS和大型工程分析軟件Pro/E進行貫流式水輪發(fā)電機組的強度分析與優(yōu)化設計，對于提高其設計水平和生產(chǎn)效率將會大有裨益。 本文運用

2、有限單元法和優(yōu)化設計理論，結合大型工程設計軟件Pro/E和高級有限元分析軟件ANSYS，對燈泡貫流式水輪發(fā)電機組的關鍵部件管形座進行了靜力強度分析和優(yōu)化設計的研究性工作。 第一，根據(jù)水輪發(fā)電機組管形座的實際結構，應用大型三維實體建模軟件Pro/E 構建其三維實體幾何模型，并通過忽略相對細小的結構，達到簡化模型的目的。又根據(jù)有限元分析的具體需要，對管形座模型進行必要的修改，省略了兩端法蘭上的孔型結構。然后，將幾何實體模型導入到有限

3、元分析軟件ANSYS 中進行有限元分析的前處理，構建出以十節(jié)點四面體單元為基本單元的有限元計算模型。 第二，使用高級有限元分析軟件ANSYS 對管形座的參數(shù)化模型進行了靜力強度分析，得出了管形座的應力分布和變形狀態(tài)。分析結果表明：應力比較大的區(qū)域主要集中在管形座的錐殼和兩端的過人孔。通過與材料應力的屈服極限的對比，發(fā)現(xiàn)管形座的各部分還有較大的強度儲備；管形座在各種載荷的綜合作用下，滿足強度要求。 第三，對管形座的有限元靜

4、力強度分析表明：最大應力值遠小于材料的許用應力，有必要進一步開發(fā)材料的潛力。在對管形座進行參數(shù)化建模后，確立管形座的優(yōu)化設計變量和優(yōu)化狀態(tài)變量，以及優(yōu)化分析目標函數(shù)，然后進行優(yōu)化設計。分析結果表明: 對管形座的參數(shù)化模型進行優(yōu)化設計后，在滿足使用要求的前提下，管形座的應力應變分布更加均勻合理，充分挖掘了材料潛力，達到了減輕重量，降低成本的優(yōu)化目的。 通過對管形座的研究分析，為以后該型水輪發(fā)電機組的整機及其它零部件的有限元分析與優(yōu)