汽轮机长叶片弹塑性分析及局部应变疲劳研究

发布时间：2017-10-15 06:18

  本文关键词：汽轮机长叶片弹塑性分析及局部应变疲劳研究

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【摘要】：汽轮机作为现代工业中重要的旋转动力设备,涉及的行业相当广泛,例如在发电、航运中的使用,其制造和研发能力是一个国家科学技术和工业装备技术发展的标志之一。汽轮机长期工作在高温、高压环境,停机和启动过程中温度和受力变化很大,叶片容易出现裂纹。汽轮机运作时,裂纹扩展将导致寿命大幅降低,并威胁安全运行。所以汽轮机叶片的强度分析与疲劳寿命计算研究是汽轮机生产制造和安全评估的重要内容。随着有限元计算的迅速发展,有限元数值模拟不仅可以克服大型构件实验中的诸多困难,并大大节约设计时间和设计代价。本文针对汽轮机叶片安全评定,使用有限元软件研究了汽轮机叶片在不同转速下的弹塑性分析相关问题,在相应转速下疲劳寿命分析相关问题,以及在指定寿命下估算叶片的转速问题。首先对国内外汽轮机叶片弹塑性分析、疲劳分析研究进行了概述,总结了国内外研究现状,说明了汽轮机叶片弹塑性分析与疲劳分析在汽轮机制造设计中的重要性和研究意义。随后介绍了汽轮机叶片弹塑性分析、疲劳分析所需理论与计算方法,并对相应有限元计算方法进行了验证。弹塑性方法验证：通过受压厚壁圆筒理想弹塑性有限元分析、T型接管三通弹塑性有限元分析计算结果与文献中实例结果对比,说明了使用的弹塑性分析过程的正确。疲劳寿命方法验证：通过T字型梁疲劳寿命有限元分析计算结果与对应试件疲劳实验断裂位置对比,证实所使用寿命分析方法的正确。在对汽轮机叶片进行弹塑性有限元与疲劳有限元的整体分析研究时计算思路为：HyperMesh划分网格→导入ABAQUS中设置载荷、边界条件、接触等,计算应力结果→Fe-Safe疲劳计算→ABAQUS显示结果。随后针对研究内容,如弹塑性分析,疲劳寿命分析,影响因素对疲劳寿命的影响进行了计算研究并给出了相应的结论,最后研究了在指定寿命下估算叶片的转速的方法。研究计算结果显示,在汽轮机运行时,汽轮机叶片根部和围带应力较大,部分区域进入塑性,范围并不是很大；相应的汽轮机叶片根部的疲劳寿命较低,主要是由于应力集中导致,并且研究显示尺寸因素对汽轮机疲劳寿命影响较大；指定叶片的设计寿命为30年,发现叶片在3300r/min左右运行是合适的。
【关键词】：汽轮机叶片 弹塑性分析 疲劳寿命分析 疲劳寿命校核
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK263.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 国内汽轮机叶片研究现状10-14
• 1.2 国际汽轮机叶片研究现状14-16
• 1.3 汽轮机叶片研究现状总结16-17
• 1.4 本文研究内容与目的17-18
• 2 有限元理论与算法验证18-41
• 2.1 弹塑性有限元分析18-30
• 2.1.1 弹性有限元过程18-21
• 2.1.2 塑性有限元过程21-23
• 2.1.3 弹塑性有限元分析考核算例23-30
• 2.2 疲劳寿命有限元分析30-41
• 2.2.1 疲劳寿命计算理论30-36
• 2.2.2 疲劳有限元计算考核算例36-41
• 3 汽轮机叶片弹塑性有限元分析研究41-55
• 3.1 汽轮机叶片3000r/min转速下线弹性计算研究43-46
• 3.2 汽轮机叶片3300r/mi n转速下线弹性计算研究46-47
• 3.3 汽轮机叶片3000r/min转速下弹塑性计算研究47-51
• 3.4 汽轮机叶片3300r/min转速下弹塑性计算研究51-54
• 3.5 本节小结54-55
• 4 汽轮机叶片疲劳寿命分析研究55-62
• 4.1 基于疲劳公式的汽轮机寿命简单估计56-57
• 4.2 汽轮机叶片3000r/min转速下线弹性疲劳寿命计算研究57-58
• 4.3 汽轮机叶片3300r/min转速下线弹性疲劳寿命计算研究58-59
• 4.4 汽轮机叶片3000r/min转速下弹塑性疲劳寿命计算研究59-60
• 4.5 汽轮机叶片3300r/min转速下弹塑性疲劳寿命计算研究60-61
• 4.6 本节小结61-62
• 5 汽轮机叶片疲劳寿命影响因素以及转速确定62-71
• 5.1 汽轮机叶片工作影响因素62-64
• 5.2 汽轮机叶片3000r/min转速下线弹性疲劳寿命计算研究64-65
• 5.3 汽轮机叶片3300r/min转速下弹塑性疲劳寿命计算研究65-68
• 5.4 汽轮机叶片运行转速确定方法68-70
• 5.5 本节小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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1 李新玲;胡基才;;汽轮机叶片的疲劳寿命计算[J];湖北电力;2007年05期

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本文编号：1035554