本文關(guān)鍵詞：重型燃氣輪機壓氣機葉片可靠性分析

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【摘要】：20世紀60年代起,軍用艦船動力系統(tǒng)開始燃機化。燃氣輪機也以良好的經(jīng)濟性被逐漸使用在各種發(fā)電裝置中。航空領(lǐng)域的動力系統(tǒng)更是燃氣輪機的天下。長期以來,燃氣輪機的設(shè)計、加工制造及檢測等關(guān)鍵技術(shù)一直被西方發(fā)達國家壟斷,我國對燃氣輪機的研究起步較晚,技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。在燃氣輪機動力系統(tǒng)中,在空氣進入渦輪膨脹做工前,壓氣機將空氣進行預(yù)壓縮,提高氣體的總壓(即滯止壓力),以便之后空氣與燃料的混合、燃燒,進一步變成高壓、高溫的燃氣。對壓氣機的要求是尺寸小、質(zhì)量小、增壓比大、效率高,這就意味著壓氣機的迎風(fēng)面積小,級數(shù)要少。而且,在這個要求下,工作輪葉柵通道內(nèi)往往會出現(xiàn)激波,葉背位置的氣流也往往會出現(xiàn)失速分離的現(xiàn)象。因此,壓氣機葉片工作環(huán)境比較惡劣,設(shè)計難度較大,是壓氣機中的核心功能部件。為保證燃氣輪機壓氣機工作的安全、高效,確保壓氣機葉片等關(guān)鍵器件的工作能力是十分必要的。本文以壓氣機第三級動葉葉片為研究對象,首先進行基于梁單元的壓氣機動葉葉片建模。根據(jù)葉片的三維實體模型,提取葉型形狀,獲得葉型的幾何參數(shù)(面積、型心、慣性矩、主慣性軸等)及截面系數(shù),并采用彈性力學(xué)的位移解法和應(yīng)力解法考慮了葉片的扭轉(zhuǎn)問題。基于彈性力學(xué)的相關(guān)理論,給出葉片的平衡方程、幾何方程以及物理方程及其邊界條件。其次,根據(jù)建立的壓氣機動葉葉片模型,確定彈性模量、剪切彈性模量、密度、安裝值及葉高為可變參數(shù),每次變化100組數(shù)據(jù),對葉片葉身強度進行了計算。通過計算各葉身截面處離心力、離心彎矩,氣動力、氣動彎矩,最終得到沿葉片高度方向14個截面進汽出汽葉背三處位置的總應(yīng)力。基于能量法求得單個葉片A0型振動頻率。根據(jù)達朗貝爾原理,將頻率問題轉(zhuǎn)化為解特征值問題,采用梁單元進行了葉片的振動計算,獲得葉片的前6階動頻。并計算了葉片材料的疲勞極限強度。再次,基于Monte-Carlo法進行了葉片強度、振動和疲勞可靠性計算,并與基于應(yīng)力-強度干涉法的強度、振動和疲勞可靠性計算結(jié)果進行了對比,給出了兩種計算方法的相對誤差。最后,采用商業(yè)有限元軟件計算了帶有裂紋的葉片模型的裂紋擴展應(yīng)力,并進行了葉片裂紋擴展分析,對葉片斷裂問題可靠性進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：動葉葉片 強度 振動 疲勞 可靠性 裂紋
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK473
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8
• 1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析8-13
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀8-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 國內(nèi)外文獻綜述簡析13-14
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 葉片特性計算理論15-44
• 2.1 引言15
• 2.2 葉片模型建立15
• 2.3 葉片特性計算公式推導(dǎo)15-43
• 2.3.1 葉型幾何參數(shù)求解15-16
• 2.3.2 平衡(運動)方程、幾何方程和物理方程的建立16-25
• 2.3.3 力和力矩25-28
• 2.3.4 不計自然扭轉(zhuǎn)影響的應(yīng)力及位移分析28-29
• 2.3.5 自然扭轉(zhuǎn)對葉身應(yīng)力及位移的影響29-33
• 2.3.6 剪切變形問題求解的基本方程33-38
• 2.3.7 葉片動頻的求解方法38-41
• 2.3.8 葉片疲勞強度的求解方法41-43
• 2.4 葉片失效判定準則43
• 2.5 本章小結(jié)43-44
• 第3章 葉片的強度特性、振動特性和疲勞特性計算44-52
• 3.1 引言44
• 3.2 強度特性44-49
• 3.2.1 彈性模量對強度特性的影響44-46
• 3.2.2 剪切彈性模量對強度特性的影響46-47
• 3.2.3 密度對強度特性的影響47
• 3.2.4 安裝值對強度特性的影響47-49
• 3.2.5 葉高對強度特性的影響49
• 3.3 振動特性49-50
• 3.4 疲勞特性50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第4章 基于Monte-Carlo法的強度、振動和疲勞可靠性計算52-62
• 4.1 引言52-56
• 4.1.1 Monte-Carlo計算方法52-55
• 4.1.2 應(yīng)力—強度干涉模型簡介55-56
• 4.2 強度可靠性56-57
• 4.3 振動可靠性57-58
• 4.4 疲勞可靠性58-59
• 4.5 Monte-Carlo法試驗次數(shù)無關(guān)性驗證59-60
• 4.6 Monte-Carlo法與應(yīng)力-強度干涉法結(jié)果比較60-61
• 4.7 本章小結(jié)61-62
• 第5章 葉片斷裂問題可靠性分析62-85
• 5.1 ABAQUS軟件求解裂紋問題方法介紹62-65
• 5.2 XFEM方法原理介紹65-71
• 5.3 葉片裂紋損傷二維模型71-78
• 5.3.1 葉片及初始裂紋幾何模型71-73
• 5.3.2 葉片及裂紋屬性設(shè)置73-75
• 5.3.3 收斂及輸出設(shè)定75-77
• 5.3.4 邊界條件確定77-78
• 5.4 葉片裂紋擴展及應(yīng)力計算結(jié)果78-83
• 5.5 葉片斷裂問題可靠性分析83-84
• 5.6 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-86
• 參考文獻86-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果89-91
• 致謝91

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王全忠,安寧,李軍;汽輪機葉片的靜動應(yīng)力分析及高低周疲勞壽命估算[J];山西電力技術(shù);1998年02期

2 樂曉斌,高德平,何明鑒;壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預(yù)測方法[J];航空動力學(xué)報;1995年02期

3 李克安;林左鳴;楊勝群;李松華;萬正蘇;;航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動方程及其頻率計算[J];航空學(xué)報;2013年12期

4 段巍;王璋奇;萬書亭;;基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和分解技術(shù)的汽輪機葉片可靠性反求設(shè)計[J];熱能動力工程;2009年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葉南海;機械疲勞壽命預(yù)測與可靠性設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D];湖南大學(xué);2012年

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本文編號：923572