【摘要】： 端軸頸和輪盤(pán)是高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,承受著復(fù)雜的循環(huán)熱載荷及機(jī)械載荷,為了保證端軸頸和輪盤(pán)在使用期間的穩(wěn)定性和可靠性,迫切需要對(duì)端軸頸和輪盤(pán)的靜強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)其進(jìn)行疲勞破壞分析。本文基于某項(xiàng)目的需要,對(duì)高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的端軸頸和輪盤(pán)進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞可靠性研究。 首先,根據(jù)廠方提供的模型圖紙,使用PRO-E軟件對(duì)此高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的實(shí)體模型進(jìn)行繪制,包括高壓渦輪葉片、渦輪輪盤(pán)、端軸頸及其連接件。由于模型的形狀不規(guī)則,對(duì)其進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分容易出現(xiàn)包含奇異角的單元,這樣會(huì)導(dǎo)致在計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生剛度矩陣奇異。為了能夠順利進(jìn)行有限元計(jì)算并且不會(huì)造成計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確,本文對(duì)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,以期能得到更好的有限元分析模型。 然后,在MARC軟件環(huán)境中,對(duì)高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的端軸頸和輪盤(pán)部件進(jìn)行有限元計(jì)算�；跓釓椝苄杂邢拊徒佑|非線性有限元分析理論,對(duì)各個(gè)工作狀態(tài)下的端軸頸和輪盤(pán)進(jìn)行了受力分析、找出疲勞斷裂危險(xiǎn)點(diǎn)以及靜強(qiáng)度校核。并且在修改了初始條件后對(duì)端軸頸和輪盤(pán)的危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變溫度情況進(jìn)行了記錄,為以后的可靠性分析做準(zhǔn)備。 最后,通過(guò)前述應(yīng)力(應(yīng)變)的分析計(jì)算結(jié)果和材料的疲勞特性,選用S-N曲線法對(duì)該高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞可靠度的計(jì)算。 通過(guò)對(duì)此高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算和疲勞可靠性分析,得出的計(jì)算結(jié)果和提出的研究方法為提高端軸頸和輪盤(pán)的可靠性和延長(zhǎng)工作壽命提供了一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

3某高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的有限元計(jì)算3.1某高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型3.1.1實(shí)體模型本文的高壓渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括高壓渦輪葉片、渦輪輪盤(pán)、端軸頸及其連接件。輪盤(pán)與葉片在樺槽處連接，葉片數(shù)量為86個(gè)。輪盤(pán)分為兩個(gè)端面，其中一端與端軸頸連接傳遞動(dòng)力扭矩，另外一端為自由端。螺栓數(shù)量為32個(gè)。在渦輪輪盤(pán)的盤(pán)體上開(kāi)有8個(gè)均壓孔，使輪盤(pán)兩端受壓均衡。另外在盤(pán)體上還設(shè)有氣封齒，在實(shí)際工作時(shí)氣封齒結(jié)構(gòu)與周?chē)慕Y(jié)構(gòu)不接觸，因?yàn)闅夥恺X結(jié)構(gòu)允許有微小的氣流通過(guò)。端軸頸與輪盤(pán)通過(guò)螺栓進(jìn)行連接，其中一端插入輪盤(pán)軸孔中，但是兩者間隙較大。另外一端設(shè)有氣封齒。端軸頸上另外開(kāi)有12個(gè)均壓孔。

圖3.2端軸頸實(shí)體模型Fig.3.2Entitymodelofendjournal3.1.2有限元模型由于模型的形狀不規(guī)則，因而使得對(duì)模型進(jìn)行的有限元?jiǎng)澐肿兊檬掷щy。在圓角過(guò)渡等區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)包含奇異角的單元，，在計(jì)算過(guò)程中會(huì)在造成剛度矩陣奇異，使計(jì)算失敗，這就需要手工劃分來(lái)避免奇異單元的產(chǎn)生。而且，在劃分時(shí)，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的區(qū)域采用較密的網(wǎng)格，同時(shí)為了減少單元的數(shù)量，需要進(jìn)行疏密過(guò)渡。在模型劃分后，仔細(xì)檢查模型是否有缺陷存在，若模型中包含了不為人知的單元空洞、重合節(jié)點(diǎn)等缺陷，會(huì)造成計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，嚴(yán)重的還會(huì)使計(jì)算根本偏離了預(yù)期方向，甚至使計(jì)算進(jìn)行不下去。由于計(jì)算不考慮葉片部位，本文將輪盤(pán)和端軸頸結(jié)構(gòu)做了部分調(diào)整:(l)去除輪盤(pán)以及端軸頸上的氣封齒，它并不承受載荷并且會(huì)對(duì)網(wǎng)格劃分產(chǎn)生不必要的尺寸集中。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類(lèi)號(hào)】：TH114

【引證文獻(xiàn)】

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1 張強(qiáng)升;某燃機(jī)動(dòng)葉及壓氣機(jī)組件應(yīng)力計(jì)算與振動(dòng)分析[D];清華大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2691273