离心压缩机叶轮全寿命疲劳分析与安定性分析

发布时间：2017-03-20 10:10

  本文关键词：离心压缩机叶轮全寿命疲劳分析与安定性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为衡量一个国家制造业发展水平的标志性设备之一,大型离心压缩机在能源、机械、水利等诸多领域内都有着广泛的应用。而叶轮作为大型离心压缩机的核心部件,其安全性与可靠性直接影响着整个压缩机机组的安全与性能。本文采用全寿命疲劳分析与安定性分析方法对某大型离心压缩机叶轮进行结构安全性评估。叶轮在全寿命周期经历各种荷载,主要包括超速预加载、启停、转速波动、流致振动等。本文主要研究内容包括：(1)考虑超速预加载效应的叶轮全寿命周期疲劳评估方法。叶轮弹塑性分析结果表明,在经过超速预加载处理后将在高应力区产生残余应力。这使得随后的疲劳分析不能简单地使用S-N曲线。本文提出一种基于ε-N曲线的考虑超速预加载效应的通用疲劳算法,适用于叶轮的全寿命周期疲劳评估。(2)采用FE-SAFE疲劳分析软件分别对半开式叶轮在启停和转速小幅波动两种工况下的疲劳寿命进行分析,通过对比有无超速预加载处理的结果得知,在叶轮启停工况下,超速预加载处理会在很大程度上延长叶轮的疲劳寿命；而在叶轮转速小幅波动的工况下,超速预加载处理甚至可以避免叶轮发生疲劳破坏;(3)对叶轮在工程实际中所面临的多种复杂气动荷载如尾流荷载以及旋转失速等进行等效简化,并在此基础上对闭式叶轮进行了疲劳寿命分析,结果显示超速预加载处理之后的闭式叶轮可以抵抗更大的交变气动载荷而不会出现疲劳破坏。由此可见超速预加载在叶轮制造过程中的重要作用。(4)叶轮结构安定性分析方法探索。基于安定下限定理建立了适用于叶轮的数学规划模型,并结合叶轮的结构与荷载特点进行简化,应用MATLAB优化算法进行优化求解得到了叶轮的安定转速。同时用增量加载方式得到了叶轮安定转速的有限元结果,通过对比说明该数学规划模型具有较好的适用性,对复杂结构安定性分析具有一定参考价值。
【关键词】：超速预加载 残余应力 疲劳寿命 安定性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH452
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 论文研究背景及意义9-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 2 疲劳分析理论基础16-35
• 2.1 疲劳问题简介16-21
• 2.1.1 应力疲劳16-17
• 2.1.2 应变疲劳17-21
• 2.1.3 应力应变混合疲劳21
• 2.2 Miner线性累积理论21-22
• 2.3 平均应力的修正22-25
• 2.4 影响疲劳寿命的因素25-33
• 2.5 叶轮超速预加载原理33
• 2.6 FE-SAFE疲劳分析软件简介33-35
• 3 叶轮全寿命疲劳分析35-58
• 3.1 叶轮全寿命周期荷载分析35-37
• 3.2 叶轮超速预加载模拟分析37-45
• 3.2.1 叶轮有限元模型37
• 3.2.2 叶轮约束条件37
• 3.2.3 叶轮材料参数37-38
• 3.2.4 加载历程38-39
• 3.2.5 结果分析39-44
• 3.2.6 小结44-45
• 3.3 叶轮启停工况下疲劳寿命分析45-51
• 3.3.1 材料参数45
• 3.3.2 疲劳载荷45-46
• 3.3.3 疲劳分析参数46-47
• 3.3.4 结果分析47-49
• 3.3.5 小结49-51
• 3.4 叶轮转速小幅波动工况下疲劳寿命分析51-54
• 3.4.1 加载历程51-52
• 3.4.2 结果分析52-53
• 3.4.3 小结53-54
• 3.5 闭式叶轮在气动荷载、旋转失速等载荷作用下疲劳分析54-58
• 3.5.1 闭式叶轮有限元模型54
• 3.5.2 叶轮材料参数54-55
• 3.5.3 加载历程55-56
• 3.5.4 结果分析56-57
• 3.5.5 小结57-58
• 4 闭式叶轮安定性分析58-62
• 4.1 经典安定性分析理论58-59
• 4.2 数学规划模型59-60
• 4.3 有限元模型60
• 4.4 叶轮安定转速分析60-61
• 4.5 小结61-62
• 结论与展望62-64
• 主要结论62-63
• 工作展望63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69

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