汽轮机叶片根部法兰弹塑性接触的有限元应力分析

汽轮机叶片根部法兰弹塑性接触的有限元应力分析

一、汽轮机叶根轮缘弹塑性接触有限元应力分析(论文文献综述)

陈霖[1](2021)在《热电联产用宽负荷小型背压式汽轮机调节级叶片强度优化》文中进行了进一步梳理汽轮机作为大型旋转设备在工业上有广泛的应用,而叶片作为核心部件决定着汽轮机能否安全稳定运行。调节级作为汽轮机的第一个做功级,处于压力最大、温度最高的恶劣环境,叶片承受高压差、高焓降、高冲击以及由于部分进汽引起的激振力和热应力等,比其他所有压力级的工作环境都复杂,更容易出现事故。本文以某钢厂热电联产中的小型背压式汽轮机的调节级叶片为研究对象,考察其在宽负荷变化范围内的受力情况。通过对调节级叶片的受力分析,找出其受力的组成部分,着重关注离心力引起的离心拉应力、离心弯应力和汽流力引起的汽流弯应力。基于静强度的理论分析法,建立力学计算模型,得出以上三种应力和合成应力的计算公式,并确定叶型底部1-1截面和叶根颈部2-2截面为危险截面,借助热力计算程序AxTurbo和三维软件SolidWorks,分别求出各典型工况下1-1截面进出汽边、背弧和2-2截面a、b、c、d四点的应力值,找出初始叶片在强度设计上存在的缺陷;通过对调节级叶片受力影响因素的分析,分别从叶片结构和运行方式两方面对叶片进行优化,采用菱形叶片代替弧形叶片、采用复合滑压运行代替定压运行,并对各优化方案进行对比,得出采用菱形叶片复合滑压运行为最优方案。基于有限元分析法,利用有限元软件ANSYS Workbench对上述优化方案中的叶片强度进行校核,分别从截面平均应力和叶根应力集中两方面考察叶片优化前后的受力情况,结果与理论计算一致,菱形叶片复合滑压运行时叶片的受力情况最优。此外,在Workbench界面中建立Modal功能模块,分别对弧形叶片和菱形叶片进行模态计算,得出两种叶片低频激振和高频激振的避开率均满足规范要求,从振动的角度来看两种形式的叶片均足够安全。

胡志伟[2](2021)在《汽轮机叶片蠕变-疲劳裂纹的扩展机理研究》文中指出当前我国的发电方式以火力发电为主,火力发电机组中的主要热端部件之一就是汽轮机,汽轮机叶片在复杂工况下,蠕变一疲劳的交互作用已经成为其失效断裂的主要模式。本文对汽轮机叶片蠕变一疲劳裂纹的扩展机理进行研究,这对汽轮机叶片的寿命预测以及安全评估具有重要的工程应用价值,主要研究内容如下:(1)汽轮机叶片在工作时承受着高温蒸汽流的冲击载荷和自身旋转带来的离心力载荷,本文首先在ABAQUS以及Fluent中建立汽轮机叶片的固体模型和流场模型,并通过MPCCI(Mesh-based parallel Code Coupling Interface)分析了汽轮机叶片在热流固耦合作用下的表面温度和应力分布情况,分析结果表明,工作中汽轮机叶片的最大应力值出现在叶型和叶根交界处,即危险区域。(2)根据叶片受力情况,确定危险位置处的材料已经进入了塑性阶段。在此基础上,根据叶片的实际工况,材料还会发生疲劳一蠕变的交互作用,故本文基于损伤力学建立了材料蠕变一疲劳的耦合损伤模型,并在ABAQUS中开发了考虑材料线性随动硬化的弹塑性本构模型子程序和疲劳一蠕变非线性耦合损伤演化子程序。(3)论文在ABAQUS中建立了汽轮机叶片危险位置处的Voronoi微观计算模型,利用所编写的材料弹塑性本构模型子程序和蠕变一疲劳非线性耦合损伤演化子程序对汽轮机叶片蠕变一疲劳裂纹萌生和扩展行为进行模拟,并研究了不同加载频率、蒸汽入口温度对裂纹扩展行为的影响,研究结果发现:1.随着外载循环频率升高,材料内部的裂纹首先以沿晶裂纹的方式进行扩展,然后穿晶裂纹出现并且其所占比例逐渐升高,最后以两者相混合的方式进行扩展,同时裂纹萌生和扩展速率逐渐加快;2.随着蒸汽入口温度升高,叶片逐渐以沿晶裂纹为主,并且裂纹的扩展速率逐渐增加。

徐美超[3](2021)在《小容积流量下汽轮机末级叶片动力特性研究》文中研究指明随着我国新能源发电的迅猛发展,新能源消纳与并网成为难题。为了进一步消纳风能太阳能等可再生能源发电,减少弃风弃光率,火电机组将长期承担深度调峰任务。当汽轮机组工作在低负荷工况下,由于进汽质量流量的减少,汽轮机的最末级会出现蒸汽的体积小于通流结构的几何体积,蒸汽无法充满流道并在流道中形成涡系的工况,称为小容积流量工况。涡系使流场环境变得复杂,导致叶片承受较高的作用力,容易发生断裂事故。小容积流量下汽轮机末级叶片的安全运行是汽轮机深度调峰的关键问题之一,对其动力特性的研究具有重要意义。首先,考虑蒸汽在汽轮机末级为湿蒸汽两相流,采用欧拉-欧拉法对小容积流量下汽轮机末级的三维非平衡凝结流动进行了数值模拟,得到末级流场存在由回流涡、分离涡、动静间隙涡组成的涡系。流量减小过程中,在动叶压力面首先出现由负攻角形成的分离涡,分离涡首先形成的位置是40%相对叶高而不是叶顶。而后在动叶根部出现逆压区,形成回流涡。最后在静叶出口顶端形成动静间隙涡,流场中动静间隙涡处的温度最高。低于10%THA工况下,由于蒸汽在静叶和动叶中沿叶高方向的流动具有膨胀-压缩,压缩-压缩,压缩-膨胀的特点,导致无量纲参数反动度已无法反映级内蒸汽的膨胀特性。通过对速度三角形的分析,得到5%THA工况下,动静间隙涡的速度大于叶顶的圆周线速度。根据对流场的计算得到小容积流量下的排汽温度,对排汽温度超温的工况进行排汽通道喷水减温数值模拟,并研究了喷水减温对末级流场的影响。采用欧拉-拉格朗日质子追踪法对排汽通道内喷水减温的传热传质特性进行了数值计算。低压通道的流场具有蒸汽与减温水温差小、蒸汽流动速度快的特点,导致减温水的蒸发量极小。不同工况下的喷水量与进口蒸汽质量流量呈负相关关系。喷水减温对末级流场有一定的影响,低压缸喷水减温使末级动叶的压力系数增加,使叶片最高温度降低3-9℃。喷水对动静间隙涡和分离涡的影响不明显,但增加了回流涡的高度和流速。同时,喷水使动叶压比增大,导致动叶消耗的轴功降低。其次,采用流固耦合方法结合循环对称分析和弹塑性分析对小容积流量下末级动叶的强度进行了研究。叶片最大变形量位于叶片前缘80%相对叶高处。入口蒸汽流量减少,最大变形量与最大等效应力均增加。20%-5%THA工况下,喷水减温使最大变形量减小0.47%-7.08%,使吸力面上的最大等效应力减小1.77%-2.94%,使压力面上的最大等效应力减小1.13%-2.65%。以不同工况下叶片的等效应力分布为预应力计算了末级动叶片的固有频率和振型,分析了叶片的前6阶振型和0-3节径的轮盘振型以及不同工况对叶片固有频率的影响。此外喷水减温使叶片的固有频率增加。最后,由于流场涡流的存在使汽轮机末级叶片工作在非定常汽流力和局部高温的条件下,采用双向流固耦合的方法计算汽轮机末级叶片的三维瞬态流场、弹塑性应变场和应力场,并估算不同容积流量工况下末级动叶片的疲劳寿命。在90%相对叶高处,存在动静间隙涡自激的非定常激励。根据叶片表面最大等效应力分布确定了叶片的三个危险点,分别位于压力面叶顶(DP1)、吸力面90%相对叶高处(DP2)和压力面叶根尾缘(DP3)。随着容积流量的减少,危险点的等效应力增加,应变范围增加,寿命减少。10%-5%THA工况下,DP2的应变-寿命最短。DP2的应变振动频率与蒸汽压力的振动频率相一致,证明在疲劳寿命计算中考虑非定常汽流力是必要的。喷水减温使叶片的应变-寿命有所增加。本文为末级叶片在小容积流量下的安全运行提供了理论指导。

纪连举,包伟伟,宫健,刘文达,段金鹏[4](2021)在《某汽轮机低压缸次末级叶片安全性分析》文中提出火电灵活性技术的发展使大型火电汽轮机的运行工况更为复杂,这对汽轮机叶片的安全性提出了更高要求。基于有限元分析方法,对某汽轮机低压缸次末级叶片的安全性进行了分析计算,得到了叶片的静应力分布、振动避开率以及动应力分布等相关数据,表明了次末级叶片安全性满足强度设计要求。研究成果可为叶片的安全性判定以及机组的安全稳定运行提供理论支撑。

唐晶[5](2020)在《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》文中研究表明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,轮盘材料出现了显着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,本文研究了轮盘材料的背应力参数与各向同性硬化参数对轮盘材料循环应力-应变曲线和滞回环的影响,并进行了不同应变幅下初始、稳态滞回环及平均应力松弛模拟,结果表明:进行参数优化后,五级背应力模型要优于一、四、六级背应力模型,叠加线性项的五级背应力模型(N5L1)优于未叠加线性项的五级背应力模型。据此为进一步采用混合硬化本构模型(N5L1)研究转子轮盘疲劳寿命预测方法提供了基础。本文分别采用混合硬化本构模型(N5L1)与平均应力松弛经验模型(Landgraf、MaxWell、Kodama公式)对脉动加载、五级应变幅(0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1%)下轮盘材料的平均应力松弛行为进行模拟,并与试验结果进行比较。结果表明:相较于平均应力松弛经验模型,本文采用的混合硬化本构模型能够更准确地模拟轮盘材料的平均应力松弛行为。基于局部应力-应变法基本原理,结合混合硬化本构模型(N5L1),采用统一法确定缺口局部应力、应变,并采用SWT模型计算疲劳损伤以及采用线性累积损伤法则,本文进一步研究建立起一种考虑轮槽齿根平均应力动态松弛的转子轮盘疲劳寿命预测方法。通过某型轮槽构件的试验验证及与基于平均应力松弛经验模型(Landgraf、Kodama、MaxWell模型)的方法进行比较表明:基于混合硬化本构模型(N5L1)的疲劳寿命预测值与试验寿命误差总体控制在7-25%之间(1.5倍分散带以内),而基于平均应力松弛经验模型的预测寿命与试验值误差约在50-130%之间。因此,本文建立的基于混合硬化本构模型(N5L1)的轮槽构件疲劳寿命预测方法具有更高的预测精度,值得在汽轮机转子轮盘抗疲劳设计中重视和推荐应用。

金喆[6](2020)在《大型汽轮机末级叶片枞树型叶根变工况有限元分析》文中认为汽轮机低压转子是火力发电厂的重要转动设备,其结构强度关系着机组的安全运行,本文以某电厂汽轮机低压末级叶片为研究对象,采用有限元法对枞树型叶根、叶片、转子在不同工况下进行了强度分析。随着新能源电力系统不断推进,火电机组面临深度调峰与频繁调峰的任务,大容量机组低压缸末级长叶片在高速转动过程中承受较大离心力以及蒸汽参数带来的轴向推力与热应力,因此对末级叶片进行强度分析对机组的安全运行有重大意义。本文构建低压末级叶片三维模型,采用有限元法与理论计算对简易对称叶根模型进行了分析对比,验证了有限元分析的可靠性。进而,在额定工况下对叶片进行了线性分析,探究了三对枞树型叶根齿的应力分布,并引入非线性理论。为了探究叶片在启动工况下的受力,考虑陀螺效应与旋转阻尼对低压转子进行了模态分析,绘制转子的坎贝尔图,得出其在启动过程中存在的两阶临界转速与固有频率。最后,考虑蒸汽参数带来的轴向推力与热应力分别对三维叶片模型与二维转子模型进行了非线性分析与双向耦合分析。研究结果表明:考虑到材料的非线性,弹塑性分析可以更加真实有效地反应工程问题。在三维叶片强度分析中,枞树型叶根齿承载了叶片的全部离心力,各齿间的应力分布均匀,有利于安全运行。叶根应力集中部位分布在第一对齿靠近中间厚度处的圆弧面上,叶片应力集中部位分布在叶片根部的最小截面处,可为无损检测提供依据。末级叶片在轴向推力与离心力的共同作用下,叶根进汽端面有“前倾”趋势,出汽端面有“后仰”趋势,而各部位最大应力基本不变,说明末级叶片惯性载荷是应力的主要来源。通过热-结构直接耦合分析,探究了热应力对结构应力的瞬时影响,在启动过程或调峰过程中较小的温升率可控制热应力在较低水平。

邵明扬[7](2019)在《基于线性累积损伤的汽轮机转子疲劳寿命评估与预测研究》文中认为汽轮机机组在启停或调峰运行过程当中,转子主要承受的力是交变应力。汽轮机机组在经过一定周期的循环工作后,转子表面将产生低周疲劳裂纹,与此同时,当转子长时间处于额定工况下运行时,将受到恒定的应力作用,转子材料将会发生蠕变损伤,从而导致转子裂纹的产生。裂纹在低周疲劳与蠕变损伤的交互作用下将随着机组的运行而不断扩展,直至断裂。并将对汽轮机的服役造成严重后果。因此,汽轮机转子进行寿命损伤预测对机组的安全、稳定运行有着重大意义。本文以某国产135MW汽轮机高中压转子在冷态滑参数启动状态作为研究对象,运用有限元软件ANSYS模拟机组启动过程中的温度场和应力场,运用Miner线性累积损伤法和Manson-Coffin公式对转子进行低周疲劳寿命预测,并考虑转子稳态运行时的蠕变损伤,运用线性累积法求出转子蠕变致断时间。本文研究工作如下所示:(1)以冷态滑参数启动为主要研究工况,制定了汽轮机机组冷态启动方案。分析汽轮机转子在运行过程中有可能产生的疲劳失效形式,并研究了低周疲劳寿命损耗和寿命预测方法。(2)建立汽轮机转子有限元模型。本文使用Solidworks三维有限元软件建立汽轮机转子三维全尺寸模型,转子在运行过程中,由于旋转叶片而产生的离心力,本文运用加载等效质量块的方法对其进行化简;基于传热学和工程热力学知识,计算了汽轮机转子各级的蒸汽温度和对流放热系数,建立了汽轮机转子的热边界条件。(3)分析计算转子温度场和应力场的分布。运用有限元软件ANSYS模拟了汽轮机转子在冷态滑参数启动过程中温度场和应力场的分布。采用间接耦合法求解转子应力场,把汽轮机转子的瞬态温度场作为汽轮机转子应力场求解的温度载荷,并考虑汽轮机叶片的离心力作用。(4)转子寿命预测。运用Manson-Coffin公式和Miner线性累积损伤理论,预测汽轮机机组在冷态滑参数启动过程中产生的疲劳寿命损耗,并提出了对汽轮机转子寿命管理的措施。(5)求解转子蠕变损伤。对转子施加稳态温度场和额定转速,求得转子应力分布情况,通过实验数据获取转子材料的蠕变致断时间,求取转子蠕变损耗。(6)蠕变与低周疲劳交互作用下的寿命预测。通过线性累积法求出转子在冷态启动和额定工况长期运行下总的寿命损耗。通过本文的研究,求得了国产135MW机组冷态滑参数启动的寿命损耗和转子蠕变致断时间,并计算出了机组安全使用寿命,提出了机组冷态滑参数启动优化建议,为保障汽轮机机组的安全、经济运行提供了有效依据,同时也为该机型转子在其它启动方式下的寿命损耗研究提供了一定的参考。

张小娟[8](2019)在《汽轮机叶根轮槽型线优化设计》文中提出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样条曲线法和P-norm、KS凝聚法能够更快速有效地降低汽轮机叶根轮槽应力水平。三维弹塑性分析验证了本文结构优化结果的合理性和有效性。汽轮机叶根轮槽结构优化设计多基于商业有限元软件和优化程序,较少开发独立自主研发设计平台。本文利用开源平台QT和C++编程语言开发汽轮机枞树型叶根轮槽优化设计平台,实现分析优化环境自动声明、过程监控、优化报告自生成等功能,方便用户快速有效获得叶根与轮槽型线的有效可行解。自主研发平台在构型表征方面,提供了基于特征和样条的表征方法描述构型,可开展全局和局部构型的优化。在优化设计方面,平台提供了多种优化算法和加权峰值应力最小化优化策略,以寻找最佳构型。应用自主平台优化若干构型可知优化设计平台具有一定的优化效果。

颜尚君,李录平,周曙明,龚晨,唐学智[9](2018)在《大功率汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析》文中研究指明采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机末级叶轮进行三维实体建模,用有限元软件Ansys分析了该型机组末级轮盘-叶片的应力分布。经数值模拟发现,最大应力处位于轮盘与叶片的接触区域,应力值已达到塑性变形区域,但未达到屈服极限。轮盘和叶片的最大应力随着转速增加而呈大致线性增加。得出轮盘与叶片的接触区域既是高应力区域,也是升速过程中应力变化最大的区域。同时得出离心力对叶轮应力变化的影响要远大于汽流力。计算结果可以作为汽轮机末级叶轮疲劳寿命预测的依据。

颜尚君[10](2018)在《600MW汽轮机末级叶轮载荷特性与轮缘疲劳寿命研究》文中研究表明随着汽轮机单机功率的增大,末级叶轮的直径显着增大,末级叶片的长度大幅度增加,从而导致汽轮机末级叶轮槽处受到的离心力也越来越大,汽流在叶片上产生的弯矩大幅度增加,加上末级叶轮处于湿蒸汽区,运行环境极其恶劣,在多种交变载荷的共同作用下,这些区域极易产生疲劳裂纹,甚至有断裂的危险。因此,末级轮盘-叶片结构的安全是电厂安全、稳定生产的前提之一。在汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态分析和疲劳裂纹扩展分析方法中,三维有限元计算方法可以克服其它方法存在的不足。因此,需要探索汽轮机组轮盘叶片结构的三维几何建模与有限元计算方法,为轮盘-叶片结构的可靠性设计和在役机组的缺陷诊断提供指导。本文针对国产600MW汽轮机轮盘-叶片结构,建立其实际尺寸的三维模型,并采用有限元方法对汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态进行分析,对汽轮机末级轮盘-叶片结构进行疲劳裂纹扩展分析。首先,根据动力学原理简化汽轮机叶片结构,提出了一种汽轮机叶片简化建模方法。并采用SolidWorks软件建立了 600MW汽轮机末级轮盘-叶片结构模型,其组成部分包括叶身、拉金、围带和轮盘。然后,用有限元软件ANSYSWorkbench分析了该型机组末级轮盘-叶片的应力分布。经数值模拟发现:最大应力处位于轮盘与叶片的接触区域,应力值己达到塑性变形区域,但未达到屈服极限;轮盘和叶片的最大应力随着转速增加而呈近似线性增加;轮盘与叶片的接触区域既是高应力区域,也是升速过程中应力变化最大的区域;离心力对叶轮应力变化的影响要远大于汽流力。本文的计算结果可以作为汽轮机末级叶轮疲劳寿命预测的依据。最后,采用ABAQUS软件对国产某600MW汽轮机末级轮盘-叶片结构进行裂纹扩展分析,获得了该型机组末级轮盘-叶片结构的应力分布,以及轮缘应力最大处的疲劳裂纹扩展规律。本文研究中考虑了交变汽流力载荷对轮缘疲劳裂纹的影响,在交变汽流力载荷作用下,通过模拟计算获得了 3000rpm和3300rpm两种转速下轮缘最大应力处疲劳裂纹的扩展规律。通过模拟得到了疲劳裂纹扩展循环次数与端面裂纹长度的定量关系曲线,比较了在循环le6次后两种转速工况下裂纹扩展长度,得出如下结论:超速工况下不仅容易造成轮缘裂纹扩展,而且扩展速率较额定转速工况也要快。

二、汽轮机叶根轮缘弹塑性接触有限元应力分析(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、汽轮机叶根轮缘弹塑性接触有限元应力分析(论文提纲范文)

(1)热电联产用宽负荷小型背压式汽轮机调节级叶片强度优化(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的主要内容
2 调节级相关数据及典型工况
    2.1 外部条件
    2.2 配汽方式的选择
    2.3 喷嘴与调阀的配置
    2.4 动叶片的选型
    2.5 叶片的截面几何特性
    2.6 典型工况下调节级的热力性能数据
    2.7 本章小结
3 调节级叶片强度的理论计算
    3.1 调节级叶片受力情况概述
    3.2 叶型部分的应力计算
        3.2.1 离心拉应力
        3.2.2 离心弯应力
        3.2.3 汽流弯应力
        3.2.4 合成应力
    3.3 叶根部分的应力计算
    3.4 叶片应力计算汇总
        3.4.1 叶片材料及许用应力
        3.4.2 截面受力计算汇总
        3.4.3 截面受力结果分析
    3.5 本章小结
4 调节级叶片强度及受力优化
    4.1 改变叶片几何结构
        4.1.1 改变型线的相对位置
        4.1.2 截面受力计算汇总
        4.1.3 截面受力结果分析
    4.2 改变运行方式
        4.2.1 运行方式简介
        4.2.2 热力性能数据
        4.2.3 截面受力计算汇总
        4.2.4 截面受力结果分析
    4.3 本章小结
5 调节级叶片强度的有限元分析
    5.1 模型处理
    5.2 调节级叶片受力结果及分析
        5.2.1 仅在离心力作用下的受力
        5.2.2 在离心力和汽流力作用下的受力
        5.2.3 受力结果分析
        5.2.4 与理论分析结果对比
    5.3 频率计算
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历
    1、教育经历
    2、工作经历

(2)汽轮机叶片蠕变-疲劳裂纹的扩展机理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 叶片的热流固耦合分析
        1.2.2 材料在蠕变—疲劳交互作用下的失效问题研究
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本章小结
2 汽轮机叶片蠕变—疲劳裂纹的数值分析方法
    2.1 热流固耦合数值分析方法
    2.2 蠕变—疲劳失效机理
    2.3 叶片材料弹塑性本构模型
    2.4 损伤力学简介
    2.5 基于损伤力学的汽轮机叶片蠕变—疲劳裂纹分析
    2.6 本章小结
3 汽轮机叶片的热流固耦合应力计算
    3.1 汽轮机叶片与热蒸汽流的几何建模
    3.2 汽轮机叶片热流固耦合分析
    3.3 网格无关性验证
    3.4 计算结果分析
    3.5 本章小结
4 蠕变—疲劳耦合损伤模拟
    4.1 蠕变—疲劳耦合损伤演化模型
        4.1.1 蠕变损伤模型
        4.1.2 疲劳损伤模型
        4.1.3 蠕变—疲劳交互的耦合损伤模型
    4.2 单元失效与裂纹萌生判定
    4.3 蠕变—疲劳耦合损伤的VUMAT子程序开发
    4.4 蠕变—疲劳耦合损伤子程序验证
    4.5 本章小结
5 汽轮机叶片蠕变—疲劳裂纹扩展机理研究
    5.1 载荷曲线
    5.2 汽轮机叶片微观计算模型构建
        5.2.1 泰森多边形Voronoi晶粒模型
        5.2.2 汽轮机叶片危险位置微观模型的构建
    5.3 汽轮机叶片蠕变—疲劳裂纹萌生模拟
    5.4 汽轮机叶片蠕变—疲劳裂纹影响因素分析
        5.4.1 启动停止频率(即加载频率)对裂纹萌生和扩展的影响
        5.4.2 温度对蠕变—疲劳裂纹萌生和扩展的影响
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果

(3)小容积流量下汽轮机末级叶片动力特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 小容积流量下末级流场特性研究现状
        1.2.2 喷水减温传热传质特性的研究现状
        1.2.3 汽轮机末级叶片力学性能研究现状
        1.2.4 汽轮机末级叶片瞬态动力响应研究现状
    1.3 研究现状总结
    1.4 主要研究内容
第2章 小容积流量下末级流场的数值研究
    2.1 前言
    2.2 湿蒸汽凝结流动数值方法
        2.2.1 基本控制方程及湍流模型
        2.2.2 几何模型及网格划分
        2.2.3 数值方法与边界条件
        2.2.4 数学模型准确性验证
        2.2.5 计算结果准确性验证
    2.3 小容积流量下末级流场特性分析
        2.3.1 小容积流量下末级的压力特征
        2.3.2 小容积流量下末级的出汽角特征
        2.3.3 小容积流量下末级的反动度特征
        2.3.4 小容积流量下末级的温度特征
        2.3.5 小容积流量下末级流场的涡系结构分析
    2.4 本章小结
第3章 排汽通道喷水减温对末级流场的影响研究
    3.1 前言
    3.2 喷水减温的相变传热传质计算方法
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 喷水减温数值方法
        3.2.3 数学模型验证
    3.3 喷水减温的传热传质特性分析
        3.3.1 排汽通道流场特性
        3.3.2 喷水减温后排汽通道温度分布
        3.3.3 相变传热传质特性分析
    3.4 喷水减温对末级气动性能的影响
        3.4.1 喷水减温对末级速度场的影响
        3.4.2 喷水减温对压力场的影响
        3.4.3 喷水减温对能量转换的影响
    3.5 本章小结
第4章 小容积流量下汽轮机末级力学性能分析
    4.1 前言
    4.2 静强度计算数值方法
        4.2.1 结构域基本控制方程
        4.2.2 循环对称分析一般方程
        4.2.3 双线性随动强化模型
        4.2.4 叶片结构模型及网格划分
        4.2.5 流固耦合数值方法
    4.3 末级叶片的强度性能分析
        4.3.1 末级叶片的等效应力分析
        4.3.2 末级叶片变形量分布
    4.4 喷水减温对末级叶片强度性能的影响
        4.4.1 喷水减温对末级叶片温度的影响
        4.4.2 喷水减温对末级叶片变形量的影响
        4.4.3 喷水减温对末级叶片等效应力的影响
    4.5 汽轮机末级叶片的模态分析
        4.5.1 循环对称模态分析数值计算方法
        4.5.2 末级叶片的固有频率分析
        4.5.3 末级叶片的振型分析
        4.5.4 预应力条件下末级叶片的模态分析
    4.6 喷水减温对叶片固有振动特性的影响
    4.7 本章小结
第5章 非定常工况下末级叶片的动力响应研究
    5.1 前言
    5.2 双向流固耦合数值模拟计算方法
        5.2.1 流固耦合面动网格设置
        5.2.2 双向流固耦合系统
        5.2.3 材料疲劳特性
        5.2.4 时间步长稳定性验证
    5.3 小容积流量下末级流场非定常气动载荷研究
        5.3.1 监控点的设置
        5.3.2 涡流的非定常性
        5.3.3 非定常性形成机理及特征
    5.4 末级叶片的动力响应
        5.4.1 局部危险点的确认
        5.4.2 非定常气动载荷对叶片动力响应的影响
    5.5 末级叶片疲劳寿命评估
    5.6 喷水减温对应变-寿命的影响
    5.7 本章小结
第6章 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

(4)某汽轮机低压缸次末级叶片安全性分析(论文提纲范文)

1 计算模型
2 计算边界条件
3 计算结果及分析
    3.1 静应力分析结果
    3.2 动频率分析结果
    3.3 动应力分析结果
4 结论

(5)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(论文提纲范文)

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 轮盘材料的迟滞回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

(6)大型汽轮机末级叶片枞树型叶根变工况有限元分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文主要工作
第2章 有限元基本理论与建模
    2.1 弹性力学的基本理论
        2.1.1 弹性力学基本量
        2.1.2 平衡微分方程
        2.1.3 几何方程
        2.1.4 物理方程
    2.2 枞树型叶根及叶片的建模与划分网格
        2.2.1 枞树型叶根及叶片的建模
        2.2.2 枞树型叶根及叶片的网格划分
    2.3 枞树型叶根及轮缘有限元分析
        2.3.1 叶根及轮缘材料参数
        2.3.2 接触理论
        2.3.3 有限元分析及后处理
    2.4 枞树型叶根应力计算
        2.4.1 叶根的应力计算
        2.4.2 轮缘应力计算
        2.4.3 有限元分析与理论计算对比
    2.5 本章小结
第3章 轮缘与叶片的应力分析
    3.1 额定工况下轮缘与叶片的线性分析
        3.1.1 耦合及约束方程
        3.1.2 额定工况下的线性分析
    3.2 额定工况下轮缘与叶片的弹塑性分析
        3.2.1 非线性理论
        3.2.2 额定工况下的弹塑性分析
    3.3 启动工况下轮缘与叶片的弹塑性分析
        3.3.1 转子动力学
        3.3.2 临界转速求解
        3.3.3 启动过程的弹塑性分析
    3.4 本章小结
第4章 蒸汽参数下转子的应力分析
    4.1 考虑轴向推力在额定工况下的弹塑性分析
        4.1.1 VWO工况下机组末级叶片轴向推力的计算
        4.1.2 弹塑性分析及后处理
    4.2 考虑蒸汽温度在启动工况下的弹塑性分析
        4.2.1 热分析基本理论
        4.2.2 低压转子热-结构耦合分析
    4.3 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 研究结论
    5.2 工作展望
参考文献
致谢

(7)基于线性累积损伤的汽轮机转子疲劳寿命评估与预测研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 目前存在的问题
    1.4 研究内容
    1.5 研究方法
    1.6 技术路线
    1.7 本文创新点
第2章 有限元理论基础
    2.1 有限元法理论
    2.2 转子温度场数学模型
    2.3 转子应力场数学模型
    2.4 汽轮机转子启动过程中应力分析求解方法
    2.5 本章小结
第3章 汽轮机转子温度场和应力场计算前处理
    3.1 汽轮机转子几何模型处理
        3.1.1 汽轮机组成及参数介绍
        3.1.2 汽轮机转子几何模型结构特征简化
    3.2 汽轮机机组启动方案的制定
    3.3 转子有限元模型的建立
        3.3.1 汽轮机叶片离心力的等效转换
        3.3.2 有限元网格的划分
        3.3.3 转子材料属性的确定
    3.4 转子边界条件的确定
        3.4.1 热边界条件的确定
        3.4.2 计算转子各级蒸汽参数的方法
        3.4.3 计算放热系数的基本公式
        3.4.4 转子各级温度的计算分析
        3.4.5 转子各级放热系数的计算分析
    3.5 本章小结
第4章 汽轮机转子温度场和应力场的计算与分析
    4.1 转子温度场和应力场的计算
    4.2 转子温度场的计算结果分析
        4.2.1 初始温度场的计算
        4.2.2 瞬态温度场的计算
        4.2.3 转子温度场结果分析
    4.3 转子应力场计算
        4.3.1 施加载荷
        4.3.2 转子应力场的计算
        4.3.3 转子应力场的结果分析
    4.4 本章小结
第5章 135MW汽轮机转子寿命损耗评估与预测
    5.1 汽轮机转子低周疲劳失效分析
        5.1.1 疲劳失效的特征
        5.1.2 转子裂纹形成的机理
        5.1.3 影响低周疲劳因素
        5.1.4 疲劳特性实验曲线
    5.2 转子蠕变疲劳寿命分析
        5.2.1 转子蠕变机理
        5.2.2 高温蠕变疲劳寿命估算方法
    5.3 转子低周疲劳寿命、损伤分析
        5.3.1 线性累积损伤模型
        5.3.2 135MW汽轮机转子低周疲劳寿命预测
    5.4 转子的蠕变损伤计算与分析
    5.5 蠕变与疲劳交互作用下的寿命损耗
    5.6 蠕变与低周疲劳交互作用下寿命损耗预测
    5.7 汽轮机的寿命管理
    5.8 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢

(8)汽轮机叶根轮槽型线优化设计(论文提纲范文)

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

(9)大功率汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析(论文提纲范文)

0前言
1 轮盘-叶片接触状态分析数学模型
2 末级叶轮实体建模与简化
    2.1 末级叶轮三维实体建模
    2.2 计算模型简化
    2.3 网格模型划分
3 载荷与边界条件描述方法
    3.1 汽轮机启动载荷谱
    3.2 边界条件
        (1) 接触设置
        (2) 位移边界条件设置
4 计算与结果分析
    4.1 各转速下的计算结果分析
    4.2 各负荷下的结算结果分析
5 结论

(10)600MW汽轮机末级叶轮载荷特性与轮缘疲劳寿命研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 国内研究进展
        1.2.2 国外研究进展
    1.3 研究目的及意义
        1.3.1 研究目的
        1.3.2 研究意义
    1.4 本文研究内容与思路
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 研究工作思路
第二章 有限元基本理论和计算方法
    2.1 有限元分析理论简介
        2.1.1 弹塑性有限元分析理论简介
        2.1.2 扩展有限元分析理论简介
    2.2 接触问题的描述模型及其在ANSYSWorkbench中的实现
        2.2.1 接触问题的描述模型
        2.2.2 接触问题在ANSYSWorkbench中的实现策略
    2.3 裂纹扩展的描述模型及其计算方法
        2.3.1 裂纹扩展的描述模型
        2.3.2 裂纹扩展的计算方法
    2.4 本章小结
第三章 低压转子末级轮盘-叶片结构三维实体建模
    3.1 大型汽轮机低压转子结构特性分析
    3.2 低压转子末级叶片的三维实体建模
        3.2.1 长扭叶片的绘制方法
        3.2.2 拉金围带等部件的处理
    3.3 低压转子末级轮盘的三维实体建模
    3.4 本章小结
第四章 末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析
    4.1 有限元模型的前处理
        4.1.1 模型简化
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 载荷与边界条件处理
    4.2 轮盘-叶片结构接触状态应力与转速的定量关系分析
    4.3 轮盘-叶片结构接触状态应力与负荷的定量关系分析
    4.4 本章小结
第五章 末级轮盘-叶片结构疲劳裂纹扩展分析
    5.1 轮盘-叶片结构全局应力分析
        5.1.1 材料属性
        5.1.2 网格划分
        5.1.3 载荷与边界条件处理
        5.1.4 结果分析
    5.2 局部应力子模型裂纹扩展分析
        5.2.1 分析前处理
        5.2.2 结果与分析
    5.3 疲劳裂纹扩展分析
        5.3.1 分析前处理
        5.3.2 结果分析
    5.4 本章小结
总结与展望
    1. 研究成果
    2. 创新点
    3. 研究展望
参考文献
致谢
附录

四、汽轮机叶根轮缘弹塑性接触有限元应力分析(论文参考文献)

  • [1]热电联产用宽负荷小型背压式汽轮机调节级叶片强度优化[D]. 陈霖. 浙江大学, 2021(02)
  • [2]汽轮机叶片蠕变-疲劳裂纹的扩展机理研究[D]. 胡志伟. 西安理工大学, 2021(01)
  • [3]小容积流量下汽轮机末级叶片动力特性研究[D]. 徐美超. 东北电力大学, 2021(01)
  • [4]某汽轮机低压缸次末级叶片安全性分析[J]. 纪连举,包伟伟,宫健,刘文达,段金鹏. 热力透平, 2021(01)
  • [5]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[D]. 唐晶. 浙江大学, 2020(07)
  • [6]大型汽轮机末级叶片枞树型叶根变工况有限元分析[D]. 金喆. 华北电力大学(北京), 2020(06)
  • [7]基于线性累积损伤的汽轮机转子疲劳寿命评估与预测研究[D]. 邵明扬. 江苏科技大学, 2019(03)
  • [8]汽轮机叶根轮槽型线优化设计[D]. 张小娟. 大连理工大学, 2019(02)
  • [9]大功率汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析[J]. 颜尚君,李录平,周曙明,龚晨,唐学智. 汽轮机技术, 2018(03)
  • [10]600MW汽轮机末级叶轮载荷特性与轮缘疲劳寿命研究[D]. 颜尚君. 长沙理工大学, 2018(06)

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汽轮机叶片根部法兰弹塑性接触的有限元应力分析
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