基于混合硬化本构模型的汽轮机转子轮盘疲劳寿命预测方法研究
发布时间：2022-07-07 08:13
汽轮机转子轮盘在服役过程中主要承受叶片离心载荷交变作用,轮槽缺口根部存在较大拉伸平均应力及其循环松弛。本文主要针对当前结构疲劳寿命预测中采用的平均应力松弛经验模型存在的不足,基于局部应力-应变法,应用混合硬化本构模型（N5L1）研究了脉动交变载荷作用下轮盘材料的瞬态力学响应与平均应力动态松弛行为,并据此研究了考虑轮槽缺口根部平均应力动态松弛的转子轮盘疲劳寿命预测方法,为汽轮机转子轮盘抗疲劳设计和服役安全性评估提供更为精确的定寿方法,因此,具有重要的理论与工程意义。本文首先根据已有的轮盘材料光滑试样低周疲劳试验数据,研究了轮盘材料在不同应变幅下的循环变形行为、平均应力松弛规律等。结果表明:在循环过程中,轮盘材料出现了显著的平均应力松弛现象,并且随着应变幅增大,初始平均应力减小,而平均应力松弛速率加快;通过对轮盘材料在不同应变幅下的滞回环进行分析发现:在同一应变幅下,随着循环周次进行,轮盘材料表现为循环软化特征。采用两种方法（平移法和包辛格应变拟合法）进一步证明了轮盘材料符合Mashing特性。基于Chaboche提出的N5L1混合硬化本构模型,结合遗传算法（GA）,通过参数优化,本文研究...
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 汽轮机转子轮盘的疲劳设计(寿命预测)方法回顾
1.2.1 轮盘抗疲劳设计国内外研究现状
1.2.2 基于名义应力法的转子轮盘疲劳寿命预测方法
1.2.3 基于局部应变法的转子轮盘疲劳寿命预测方法
1.3 疲劳过程中平均应力松弛模型
1.3.1 循环加载下平均应力对疲劳寿命的影响及其修正模型
1.3.2 平均应力松弛经验描述模型
1.4 循环加载下瞬态应力应变响应描述模型
1.5 论文的主要研究内容
第2章 某型转子轮盘材料的循环变形行为与低周疲劳特性
2.1 引言
2.2 脉动载荷下轮盘材料的循环变形行为
2.2.1 轮盘材料的峰/谷值应力响应
2.2.2 轮盘材料的滞回环分析
2.2.3 轮盘材料的疲劳硬化、软化特征
2.2.4 轮盘材料的平均应力松弛行为
2.3 脉动加载下轮盘材料的低周疲劳特性
2.3.1 轮盘材料的循环应力-应变曲线
2.3.2 轮盘材料的背应力与摩擦应力演化
2.3.3 轮盘材料的应变寿命曲线
2.3.4 轮盘材料的Masing特性
2.4 本章小结
第3章 轮盘材料的混合硬化本构模型及其试验验证
3.1 引言
3.2 混合硬化本构模型
3.2.1 主控方程
3.2.2 随动硬化律
3.2.3 各向同性硬化律
3.2.4 混合硬化律
3.3 混合硬化模型参数确定及其影响
3.3.1 参数C_i、γ_i常用确定方法
3.3.2 随动硬化模型参数C_i和γ_i初值确定
3.3.3 非线性随动硬化参数的影响分析
3.3.4 各向同性硬化参数R_s和 b的确定
3.3.5 各向同性硬化参数R_s和 b的影响分析
3.3.6 不同随动硬化变量数目的影响
3.4 轮盘材料的迟滞迴线模拟及其试验验证
3.5 本章小结
第4章 脉动循环载荷下轮盘材料的平均应力松弛描述
4.1 引言
4.2 基于经验模型的轮盘材料平均应力松弛行为模拟
4.2.1 基于Landgraf模型的平均应力松弛描述
4.2.2 基于MaxWell模型的平均应力松弛描述
4.2.3 基于Kodama模型的平均应力松弛描述
4.3 基于混合硬化模型的轮盘材料平均应力松弛行为模拟
4.4 两种平均应力描述模型比较及其试验验证
4.5 本章小结
第5章 某型转子轮盘轮槽构件的疲劳寿命预测及其试验验证
5.1 引言
5.2 轮槽缺口根部应力集中分析
5.2.1 轮槽构件有限元物理模型
5.2.2 有限元分析模型网格划分及边界条件施加
5.3 基于混合硬化本构模型的轮槽构件疲劳寿命预测
5.3.1 轮槽齿根局部应力应变计算
5.3.2 损伤计算与损伤累积
5.4 轮槽构件疲劳试验
5.4.1 试验方法介绍
5.5 轮槽构件的S-N曲线
5.6 轮槽构件疲劳寿命预测结果与试验值比较
5.7 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文主要结论
6.2 创新点
6.3 前景与展望
参考文献
作者简介及攻读硕士学位期间论文发表情况
本文编号：3656061
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 汽轮机转子轮盘的疲劳设计(寿命预测)方法回顾
1.2.1 轮盘抗疲劳设计国内外研究现状
1.2.2 基于名义应力法的转子轮盘疲劳寿命预测方法
1.2.3 基于局部应变法的转子轮盘疲劳寿命预测方法
1.3 疲劳过程中平均应力松弛模型
1.3.1 循环加载下平均应力对疲劳寿命的影响及其修正模型
1.3.2 平均应力松弛经验描述模型
1.4 循环加载下瞬态应力应变响应描述模型
1.5 论文的主要研究内容
第2章 某型转子轮盘材料的循环变形行为与低周疲劳特性
2.1 引言
2.2 脉动载荷下轮盘材料的循环变形行为
2.2.1 轮盘材料的峰/谷值应力响应
2.2.2 轮盘材料的滞回环分析
2.2.3 轮盘材料的疲劳硬化、软化特征
2.2.4 轮盘材料的平均应力松弛行为
2.3 脉动加载下轮盘材料的低周疲劳特性
2.3.1 轮盘材料的循环应力-应变曲线
2.3.2 轮盘材料的背应力与摩擦应力演化
2.3.3 轮盘材料的应变寿命曲线
2.3.4 轮盘材料的Masing特性
2.4 本章小结
第3章 轮盘材料的混合硬化本构模型及其试验验证
3.1 引言
3.2 混合硬化本构模型
3.2.1 主控方程
3.2.2 随动硬化律
3.2.3 各向同性硬化律
3.2.4 混合硬化律
3.3 混合硬化模型参数确定及其影响
3.3.1 参数C_i、γ_i常用确定方法
3.3.2 随动硬化模型参数C_i和γ_i初值确定
3.3.3 非线性随动硬化参数的影响分析
3.3.4 各向同性硬化参数R_s和 b的确定
3.3.5 各向同性硬化参数R_s和 b的影响分析
3.3.6 不同随动硬化变量数目的影响
3.4 轮盘材料的迟滞迴线模拟及其试验验证
3.5 本章小结
第4章 脉动循环载荷下轮盘材料的平均应力松弛描述
4.1 引言
4.2 基于经验模型的轮盘材料平均应力松弛行为模拟
4.2.1 基于Landgraf模型的平均应力松弛描述
4.2.2 基于MaxWell模型的平均应力松弛描述
4.2.3 基于Kodama模型的平均应力松弛描述
4.3 基于混合硬化模型的轮盘材料平均应力松弛行为模拟
4.4 两种平均应力描述模型比较及其试验验证
4.5 本章小结
第5章 某型转子轮盘轮槽构件的疲劳寿命预测及其试验验证
5.1 引言
5.2 轮槽缺口根部应力集中分析
5.2.1 轮槽构件有限元物理模型
5.2.2 有限元分析模型网格划分及边界条件施加
5.3 基于混合硬化本构模型的轮槽构件疲劳寿命预测
5.3.1 轮槽齿根局部应力应变计算
5.3.2 损伤计算与损伤累积
5.4 轮槽构件疲劳试验
5.4.1 试验方法介绍
5.5 轮槽构件的S-N曲线
5.6 轮槽构件疲劳寿命预测结果与试验值比较
5.7 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 论文主要结论
6.2 创新点
6.3 前景与展望
参考文献
作者简介及攻读硕士学位期间论文发表情况
本文编号：3656061
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3656061.html
