汽輪機長葉片彈塑性分析及局部應變疲勞研究.pdf

1、汽輪機作為現(xiàn)代工業(yè)中重要的旋轉(zhuǎn)動力設備，涉及的行業(yè)相當廣泛，例如在發(fā)電、航運中的使用，其制造和研發(fā)能力是一個國家科學技術和工業(yè)裝備技術發(fā)展的標志之一。汽輪機長期工作在高溫、高壓環(huán)境，停機和啟動過程中溫度和受力變化很大，葉片容易出現(xiàn)裂紋。汽輪機運作時，裂紋擴展將導致壽命大幅降低，并威脅安全運行。所以汽輪機葉片的強度分析與疲勞壽命計算研究是汽輪機生產(chǎn)制造和安全評估的重要內(nèi)容。隨著有限元計算的迅速發(fā)展，有限元數(shù)值模擬不僅可以克服大型構件實驗中

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

3、限元計算方法進行了驗證。彈塑性方法驗證: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算結(jié)果與文獻中實例結(jié)果對比，說明了使用的彈塑性分析過程的正確。疲勞壽命方法驗證:通過T字型梁疲勞壽命有限元分析計算結(jié)果與對應試件疲勞實驗斷裂位置對比，證實所使用壽命分析方法的正確。在對汽輪機葉片進行彈塑性有限元與疲勞有限元的整體分析研究時計算思路為:HyperMesh劃分網(wǎng)格→導入ABAQUS中設置載荷、邊界條件、接觸等，計算應力

4、結(jié)果→Fe-Safe疲勞計算→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行了計算研究并給出了相應的結(jié)論，最后研究了在指定壽命下估算葉片的轉(zhuǎn)速的方法。
　　研究計算結(jié)果顯示，在汽輪機運行時，汽輪機葉片根部和圍帶應力較大，部分區(qū)域進入塑性，范圍并不是很大;相應的汽輪機葉片根部的疲勞壽命較低，主要是由于應力集中導致，并且研究顯示尺寸因素對汽輪機疲勞壽命影響較大;指定葉片的設計壽命為30