某特种涡轮机高速叶轮的变形特性研究

发布时间：2021-05-11 19:32

　　空气涡轮泵的作用是将工质—压缩空气的能量转化成机械能，为特种混流泵提供机械动力，使泵入的海水具有一定压力和流量，经发射水舱进入发射管，推动管中物体运动出管。发射系统的特点是短时间工作，却要求提供较大功率，使得所发射的物体在1、2秒内达到预定的出管速度要求。由于发射的过程极短，也就意味着作为原动机的涡轮机的转速由零上升到额定转速的时间极短，在整个过程中，涡轮机一直处于变工况工作状态。工况急剧变化使得对涡轮机叶轮的材料选用、强度和稳定性有着极高的要求。如一旦涡轮机叶轮发生了不可恢复的塑性变形，致使叶顶间隙过小、导致叶片与流道内壁可能发生干涉，进而埋下重大安全隐患。故研究高速叶轮的变形特性关乎整个发射系统的安全性和可靠性。因此，本课题的研究具有重大的理论意义和实际价值。工程实际中，叶轮工作的工况一般都需要在其额定转速以下。因为一旦超过其额定转速，可能会发生塑性变形，而塑性变形的重要特性就是不可恢复性，本论文研究的方向就是研究叶轮在其发生塑性变形的情况下，定量地得出叶轮的塑性变形区域及形变势能大小，研究叶轮变形特性，为可靠地设计不同工况下的叶轮叶片提供依据。本文对钛合金叶轮在超速情况下发生塑性... 

【文章来源】：中国舰船研究院北京市

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景介绍
    1.2 研究叶轮变形的重要价值及国内外研究现状
    1.3 课题的目的及意义
    1.4 课题研究内容与方法
第二章 利用解析法求解叶轮塑性变形
    2.1 叶轮在鱼雷武器中的重要作用
    2.2 弹塑性变形对可靠性的影响
        2.2.1 弹塑性变形对叶顶间隙的影响
        2.2.2 激波对叶轮性能的影响
    2.3 理论基础
        2.3.1 利用解析法求解叶轮塑性变形的意义
        2.3.2 工程构件的塑性极限分析
        2.3.3 极限分析方法历史概况
        2.3.4 研究材料的应力——应变曲线
    2.4 建立计算模型
    2.5 叶轮在离心力作用下的变形
        2.5.1 完全弹性状态下应力和轮盘变形的理论解
        2.5.2 叶片受力分析
        2.5.3 根据边界条件确定位移通解表达式
        2.5.4 确定材料的弹塑性变形区域
        2.5.5 屈服条件
        2.5.6 轮盘变形的解析解
    2.6 实例分析
    2.7 计算结果分析
    2.8 简要介绍分析叶轮塑性变形引起的叶顶间隙变化
    2.9 本章小结
第三章 利用能量法研究叶轮转动过程中的能量特性
    3.1 能量法概述
        3.1.1 塑性变形过程中的宏观热现象
        3.1.2 塑性变形过程中伴随热现象的微观机理
    3.2 塑性变形能量理论研究历史和背景
        3.2.1 塑性变形损伤能量理论
        3.2.2 通过测量温度变化和数值分析方法研究应变能取得的进展
        3.2.3 应变能和储能
    3.3 探讨如何求得叶轮屈服变形的临界点
        3.3.1 对材料应力应变曲线的近似
        3.3.2 塑性屈服条件
    3.4 计算叶轮塑性变形能和温度升高
        3.4.1 叶轮变形过程中的能量描述
        3.4.2 理论分析
        3.4.3 实例计算
        3.4.4 试验结果
        3.4.5 结论分析
    3.5 其他方法求解应变能
        3.5.1 局部应力应变法
        3.5.2 当量应变能密度方法
        3.5.3 统一本构模型方法
    3.6 本章小结
第四章 试验验证
    4.1 试验目的
    4.2 试验地点
    4.3 参试设备
    4.4 试验试件
    4.5 试验结果和分析
        4.5.1 试验结果
        4.5.2 试验分析
    4.6 结论
第五章 ANSYS 仿真计算
    5.1 概述
    5.2 有限元计算
        5.2.1 叶片径向位移量和应力计算仿真分析
        5.2.2 叶轮系统整体位移量和应力仿真分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 下一步研究方向和重点
致谢
参考文献
学术论文和科研成果


【参考文献】：
期刊论文
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[2]对弹性力学势能原理等价性提法的商榷[J]. 汤安民,李智慧.  西安理工大学学报. 2012(03)
[3]基于总应变能密度的轮盘低周疲劳寿命模型及可靠性研究[J]. 甘露萍,黄洪钟,袁容,朱顺鹏,杨圆鉴.  中国科技论文. 2012(08)
[4]几何参数对离心叶轮强度和气动性能影响的研究[J]. 陈山,杨策,杨长茂,王一棣,邬喜来.  流体机械. 2012(03)
[5]热和离心力耦合作用下燃气涡轮叶顶间隙变化[J]. 房友龙,刘永葆,余又红,贺星.  海军工程大学学报. 2011(03)
[6]不锈钢材料的应力-应变模型[J]. 朱浩川,姚谏.  空间结构. 2011(01)
[7]离心力作用下涡轮转子的径向变形[J]. 房友龙,刘永葆,贺星.  舰船电子工程. 2011(02)
[8]空气涡轮泵发射系统发射过程仿真分析[J]. 练永庆,田兵,王树宗,吴朝晖.  兵工学报. 2011(02)
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[10]疲劳过程中生热机理的实验探讨[J]. 刘浩,赵军,丁桦.  实验力学. 2008(01)



本文编号：3181979