發(fā)布時間：2017-08-14 11:13

  本文關(guān)鍵詞：基于斷裂力學(xué)的離心壓縮機(jī)葉片疲勞壽命研究

  更多相關(guān)文章： 離心式壓縮機(jī) 失速和喘振 應(yīng)力強(qiáng)度因子 裂紋擴(kuò)展速率 疲勞壽命

【摘要】：離心式壓縮機(jī)在天然氣運(yùn)輸中占有重要地位,其設(shè)計(jì)制造水平標(biāo)志著國家重大制造裝備業(yè)的水平。壓縮機(jī)葉片的制造代表著壓縮機(jī)水平的最高技術(shù),葉輪中的葉片是壓縮機(jī)故障的主要發(fā)生部位。葉片的主要故障以裂紋的形式出現(xiàn),其疲勞壽命是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)過程中比需要解決的問題。 本文針對某大型離心式壓縮機(jī)葉輪葉片,采用FLUENT模擬壓縮機(jī)工作下的葉片上的載荷分布,并將得到的結(jié)果在ANSYS中與葉輪模型進(jìn)行耦合,分析葉輪葉片在不同工況下的應(yīng)力分布,并且對葉片在正常工況、失速和喘振發(fā)生時的應(yīng)力也進(jìn)行分析,得到了葉片的基本應(yīng)力情況,發(fā)現(xiàn)葉片與葉盤及蓋盤的連接處應(yīng)力比較大,屬于危險區(qū)域。 葉片疲勞裂紋擴(kuò)展主要的影響因素是裂紋尖端的場的分布,包括應(yīng)力場及位移場。在對裂紋尖端場的影響因素中應(yīng)力強(qiáng)度因子是決定裂紋開裂及停止的主要因素。本文針對該型號壓縮機(jī),對葉輪葉片在有裂紋情況下的裂紋尖端的場的分布進(jìn)行研究,得到邊緣及內(nèi)部裂紋尖端場的分布情況,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部裂紋尖端場的情況與邊緣裂紋相似,并比邊緣裂紋減小30%-45%。 本文的第四章、第五章在基于斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上,通過分析葉片的斷面圖像,總結(jié)出葉片疲勞裂紋萌生的位置及斷口特征。針對PCL81型壓縮機(jī)葉片通過實(shí)驗(yàn)的方法求得其S-N曲線,通過建立裂紋擴(kuò)展速率模型分析該葉片在不同應(yīng)力比下的裂紋擴(kuò)展速率、疲勞壽命及剩余疲勞強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)在正常工況下裂紋擴(kuò)展比較緩慢,在失速和喘振工況下,裂紋擴(kuò)展比較快。 本文的研究成果不僅求得了裂紋在不同工況下的擴(kuò)展速率,而且對壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與制造具有一定的參考意義。
【關(guān)鍵詞】：離心式壓縮機(jī) 失速和喘振 應(yīng)力強(qiáng)度因子 裂紋擴(kuò)展速率 疲勞壽命
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH452
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-13
• 1.1 研究意義及目的8-9
• 1.2 國內(nèi)外裂紋擴(kuò)展研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 疲勞壽命研究進(jìn)展10-11
• 1.4 論文的主要工作11-13
• 2 離心式壓縮機(jī)載荷分析13-32
• 2.1 流體計(jì)算方程和模型13-16
• 2.1.1 流場的控制方程13-15
• 2.1.2 湍流模型簡介與選取15-16
• 2.2 離心式壓縮機(jī)正常工作應(yīng)力分析16-21
• 2.2.1 正常狀況下的葉片載荷分析16-19
• 2.2.2 葉輪正常工作下的應(yīng)力分析19-21
• 2.3 葉輪在旋轉(zhuǎn)失速狀況下的分析21-26
• 2.3.1 旋轉(zhuǎn)失速原理及機(jī)理21-23
• 2.3.2 旋轉(zhuǎn)失速的流場分析23-25
• 2.3.3 旋轉(zhuǎn)失速應(yīng)力分析25-26
• 2.4 葉輪在喘振狀況下的分析26-30
• 2.4.1 喘振原理與機(jī)理26-27
• 2.4.2 喘振的氣動分析27-29
• 2.4.3 喘振的應(yīng)力分析29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-32
• 3 葉片損傷周圍的應(yīng)力場-位移場分析32-45
• 3.1 線彈性斷裂力學(xué)32-33
• 3.2 葉片邊緣裂紋的解析解33-40
• 3.2.1 葉片邊緣裂紋的應(yīng)力場35-37
• 3.2.2 葉片邊緣裂紋的位移場37-38
• 3.2.3 葉片邊緣裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子38-40
• 3.3 葉片內(nèi)部損傷裂紋的解析解40-44
• 3.3.1 葉片內(nèi)部損傷裂紋的應(yīng)力場40-41
• 3.3.2 葉片內(nèi)部損傷裂紋的位移場41-42
• 3.3.3 葉片內(nèi)部損傷裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 4 壓縮機(jī)葉輪疲勞行為與機(jī)理45-60
• 4.1 葉輪疲勞斷裂機(jī)理分析45-49
• 4.1.1 葉輪高周疲勞裂紋萌生46
• 4.1.2 葉輪高周疲勞裂紋擴(kuò)展46-48
• 4.1.3 葉輪材料高周疲勞S-N曲線48-49
• 4.2 疲勞裂紋擴(kuò)展速率分析49-59
• 4.2.1 葉片斷裂韌度49-51
• 4.2.2 葉片裂紋擴(kuò)展門檻值51-52
• 4.2.3 葉片裂紋擴(kuò)展速率52-55
• 4.2.4 平均應(yīng)力對疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響55-56
• 4.2.5 過載峰對疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響56-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 5 壓縮機(jī)葉片疲勞壽命及剩余強(qiáng)度分析60-70
• 5.1 壓縮機(jī)葉片疲勞壽命分析60-62
• 5.1.1 葉片材料疲勞斷裂壽命分析60-61
• 5.1.2 葉片關(guān)鍵部位裂紋擴(kuò)展壽命評估61-62
• 5.2 葉輪材料疲勞強(qiáng)度的預(yù)測62-69
• 5.2.1 裂紋對材料強(qiáng)度的影響62-67
• 5.2.2 考慮氫影響條件下的疲勞強(qiáng)度67
• 5.2.3 夾雜物尺寸疲勞強(qiáng)度的影響67-68
• 5.2.4 裂紋純疲勞擴(kuò)展后剩余疲勞強(qiáng)度68-69
• 5.3 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況75-76
• 致謝76-77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：672349