水轮机叶片三维有限元刚强度与振动特性研究

发布时间：2017-05-14 20:11

  本文关键词：水轮机叶片三维有限元刚强度与振动特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文是在国家自然科学基金资助项目(50379044) 的支持下完成的。水轮机转轮 叶片的刚强度与振动特性分析对水轮机的优化设计、稳定运行、防止事故发生等都 有重要的理论与实际意义。本文目的就是要建立一套适合于水轮机转轮叶片刚强度 与振动的分析模型和计算方法。 本文根据水轮机叶片的特点和工作性质,首先推导了叶片在离心力场下的运动 微分方程及静应力分析有限元方程,采用六面体八节点单元建立了叶片的有限元计 算模型,其中叶片受力考虑离心力、重力、水压力等,应用CFX流体分析软件,基 于N-S方程和标准k-ε紊流模型进行转轮内部流场计算,以求出水压力,并以一定 的方式加载到有限元模型上进行求解。其次推导了叶片在空气中的振动频率的计算方 程,利用流固耦合理论,计算了叶片在水中的频率及振型,对其在空气中及水中的振 动特性进行比较,分析了影响振动的因素。为方便叶片进行有限元分析与计算,本文 基于ANSYS软件,建立了叶片的前后处理系统,并根据以上模型与算法,通过算 例考核与实际叶片的分析,证明了该计算模型的正确性,为实际工程应用及机组的 安全运行提供理论依据和建议。
【关键词】：水轮机叶片 刚强度 振动 有限元 ANSYS软件
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK730.1
【目录】：

• 1 绪论7-19
• 1．1 问题的提出及研究意义7-8
• 1．2 国内外研究概况8-15
• 1．2．1 水轮机叶片应力的研究方法9-10
• 1．2．2 水轮机叶片的力学模型10-12
• 1．2．3 透平机械叶轮叶片的振动和刚强度分析的研究现状12-15
• 1．3 ANSYS软件在叶片振动和刚强度分析中的应用15-17
• 1．4 本文的主要工作17-19
• 2 水轮机叶片静态应力计算模型19-34
• 2．1 概述19
• 2．2 叶片静力平衡方程的推导19-25
• 2．2．1 离心力场下叶片的有限元运动方程19-24
• 2．2．2 叶片的静力平衡方程24-25
• 2．3 叶片的三维有限元计算单元25-29
• 2．3．1 单元的形函数25-26
• 2．3．2 单元刚度阵和质量阵26-29
• 2．4 水轮机叶片稳态水压力的计算29-34
• 2．4．1 基本控制方程29-30
• 2．4．2 边界条件30-31
• 2．4．3 计算域网格划分及转轮内部三维紊流计算31-34
• 3 水轮机叶片振动分析的理论基础34-48
• 3．1 概述34-35
• 3．2 水轮机叶片静频和动频的计算模型35-36
• 3．3 求解特征值的工程方法36-39
• 3．3．1 基本思想37-38
• 3．3．2 基本步骤及主要计算过程38-39
• 3．4 叶片在水中的固有频率的计算模型39-42
• 3．5 叶片的激振力分析42-43
• 3．6 叶片动力响应及动应力计算43-48
• 3．6．1 直接积分法44-45
• 3．6．2 振型迭加法45-47
• 3．6．3 叶片动应力的计算47-48
• 4 水轮机叶片有限元计算的前后处理48-57
• 4．1 概述48-49
• 4．2 水轮机叶片 CAD建模49-50
• 4．3 网格划分50-53
• 4．4 载荷的施加与求解53-55
• 4．5 后处理模块55-57
• 5 算例分析57-82
• 5．1 概述57
• 5．2 算例分析57-82
• 6 结论与建议82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-90
• 论文发表情况90

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘德民;杨萍;;基于流固耦合的水轮机振动分析[J];水科学与工程技术;2007年06期

2 刘德民;刘小兵;李娟;;基于流固耦合的水轮机振动分析[J];流体传动与控制;2008年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李伟;斜流泵启动过程瞬态非定常内流特性及实验研究[D];江苏大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 徐斌;混流式水轮机转轮流固耦合的动力特性分析[D];西安理工大学;2006年

2 马廷卫;混流式水轮机转轮结构分析研究[D];西华大学;2006年

3 陈薄;斜流式水轮机的研究与开发[D];西华大学;2006年

4 徐建国;轴流泵叶片应力与模态分析[D];扬州大学;2008年

5 胡昌洋;裂纹发展趋势预估及转轮安全评估基础研究[D];广西大学;2008年

6 商威;轴流式水轮机内的湍流数值模拟和叶片的强度与振动特性分析[D];西安理工大学;2009年

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本文编号：366130