汽轮机叶根轮槽型线优化设计

发布时间：2022-01-04 21:16

　　枞树型叶根轮槽广泛用于工业汽轮机,由于叶根的尺寸非常小,在汽轮机高速运行时承受较大的离心载荷,易产生应力集中,导致汽轮机的过早故障失效。设计枞树型叶根轮槽的结构,降低应力集中和提高汽轮机疲劳寿命是解决该问题的经济有效途径。枞树型叶根轮槽构型表征方面,已有文献多使用的圆弧-直线法,无法表征椭圆等复杂不规则曲线,限制了叶根的优化空间。本文提出了基于超椭圆-直线法、傅里叶级数-直线法和B样条曲线法的枞树型叶根轮槽的数学描述,与圆弧-直线法相比,具有高保真度和完备性,能描述更多的叶根构型,有利于扩大优化搜索区域,发现汽轮机叶根轮槽创新构型。枞树型叶根轮槽优化设计方面,已有优化设计的目标函数多为最小化峰值应力,具有高度非线性特征,存在迭代震荡和收敛困难。本文提出以P-norm函数和KS函数凝聚应力值为目标函数,降低优化问题的非线性程度,保证优化快速稳定收敛。本文提出的结构表征和优化设计方法具有较高的通用性和实际工程应用价值,可方便扩展至其他工程结构型线设计。本文以三齿枞树型叶根轮槽为例开展优化设计。结果表明,与圆弧-直线法和最小化峰值应力优化策略相比,超椭圆-直线法、傅里叶级数-直线法、B样条曲... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 研究方法论述
    2.1 枞树型叶根轮槽构型描述方法
        2.1.1 圆弧-直线法
        2.1.2 超椭圆-直线法
        2.1.3 傅里叶级数-直线法
        2.1.4 B样条曲线法
    2.2 枞树型叶根轮槽优化目标
        2.2.1 最小化P-norm函数凝聚应力值
        2.2.2 最小化KS函数凝聚应力值
    2.3 枞树型叶根轮槽有限元分析
    2.4 枞树型叶根轮槽优化方法
        2.4.1 遗传算法(Genetic algorithm)
        2.4.2 单纯形法(Downhill Simplex)
    2.5 枞树型叶根轮槽的平台研发
3 枞树型叶根轮槽的优化结果
    3.1 基于圆弧-直线法和最小化峰值应力的优化结果
        3.1.1 基于圆弧-直线法的构型描述
        3.1.2 基于圆弧-直线法和最小化峰值应力的优化设计
        3.1.3 基于圆弧-直线法和最小化峰值应力的优化结果
    3.2 基于超椭圆-直线法和最小化P-norm凝聚应力值的优化结果
        3.2.1 基于超椭圆-直线法的构型描述
        3.2.2 基于超椭圆-直线法和最小化P-norm凝聚应力值的优化设计
        3.2.3 基于超椭圆-直线法和最小化P-norm凝聚应力值的优化结果
    3.3 基于傅里叶级数-直线法和最小化KS凝聚应力值的优化结果
        3.3.1 基于傅里叶级数-直线法构型描述
        3.3.2 基于傅里叶级数-直线法和最小化KS凝聚应力值的优化设计
        3.3.3 基于傅里叶级数-直线法和最小化KS凝聚应力值的优化结果
    3.4 基于B样条和最小化KS凝聚应力值的优化结果
        3.4.1 基于B样条的构型描述
        3.4.2 基于B样条和最小化KS凝聚应力值的优化设计
        3.4.3 基于B样条和最小化KS凝聚应力值的优化结果
    3.5 讨论
    3.6 本章小结
4 枞树型叶根轮槽优化结果的三维弹塑性分析
    4.1 基于圆弧-直线法优化结果的三维弹塑性分析
    4.2 基于超椭圆-直线法优化结果的三维弹塑性分析
    4.3 基于傅里叶级数-直线法优化结果的三维弹塑性分析
    4.4 基于B样条曲线法优化结果的三维弹塑性分析
    4.5 讨论
    4.6 本章小结
5 汽轮机枞树型叶根轮槽的设计优化平台
    5.1 平台的有限元分析模块
    5.2 平台的优化设计模块
    5.3 平台的优化效果验证
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于傅里叶级数的最优能量运动轨迹优化方法[J]. 梅江平,方志炜,贺莹,臧家炜,孙玉德.  机械设计. 2018(10)
[2]轮盘超椭圆异型螺栓孔均衡优化设计[J]. 韩佳欣,郭海丁.  航空发动机. 2018(02)
[3]汽轮机调节级叶片三维接触有限元强度可靠性分析[J]. 黄庆华,王宇璐,谢永慧.  热力透平. 2016(02)
[4]核电汽轮机末级长叶片低周疲劳寿命预测研究[J]. 顾璐寅,王恭义,余德启.  热力透平. 2015(04)
[5]汽轮机长叶片弹塑性分析及寿命评估方法[J]. 余德启,王恭义,李明.  计算机辅助工程. 2015(04)
[6]基于超椭圆方程和序列响应面法的回转壳开孔形状优化[J]. 孙士平,胡坚堂,张卫红.  航空学报. 2015(11)
[7]透平复杂阻尼结构叶片强度与振动特性优化研究[J]. 谢永慧,张明辉,周琴,张荻,丰镇平.  热力透平. 2015(01)
[8]基于三维热弹性接触的汽轮机调节级叶片枞树型叶根轮缘结构的优化[J]. 张明辉,张荻,谢永慧.  动力工程学报. 2012(07)
[9]汽轮机叶片枞树型叶根轮缘优化研究[J]. 谢永慧,马丹丹,张荻,丰镇平.  热力透平. 2012(02)
[10]利用三维接触有限元法的透平叶片枞树型叶根轮缘优化[J]. 吴君,张荻,马丹丹,张明辉,谢永慧.  西安交通大学学报. 2012(05)

博士论文
[1]双材料作动与减振结构的拓扑优化[D]. 王睿.大连理工大学 2017

硕士论文
[1]基于曲线拟合方法的故障测距应用研究[D]. 丛志鹏.山东大学 2008



本文编号：3569069