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某高压涡轮转子系统静强度及疲劳可靠性分析

作　者: 吴斌
导　师: 吴承伟
学　校: 大连理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 端轴颈轮盘有限元静强度疲劳可靠性
分类号: TH114
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

端轴颈和轮盘是高压涡轮转子系统的关键部件,承受着复杂的循环热载荷及机械载荷,为了保证端轴颈和轮盘在使用期间的稳定性和可靠性,迫切需要对端轴颈和轮盘的静强度进行计算,并对其进行疲劳破坏分析。本文基于某项目的需要,对高压涡轮转子系统中的端轴颈和轮盘进行了静强度和疲劳可靠性研究。首先,根据厂方提供的模型图纸,使用PRO-E软件对此高压涡轮转子系统的实体模型进行绘制,包括高压涡轮叶片、涡轮轮盘、端轴颈及其连接件。由于模型的形状不规则,对其进行有限元网格划分容易出现包含奇异角的单元,这样会导致在计算过程中产生刚度矩阵奇异。为了能够顺利进行有限元计算并且不会造成计算结果不准确,本文对模型进行了适当的调整,以期能得到更好的有限元分析模型。然后,在MARC软件环境中,对高压涡轮转子系统的端轴颈和轮盘部件进行有限元计算。基于热弹塑性有限元和接触非线性有限元分析理论,对各个工作状态下的端轴颈和轮盘进行了受力分析、找出疲劳断裂危险点以及静强度校核。并且在修改了初始条件后对端轴颈和轮盘的危险点的应力应变温度情况进行了记录,为以后的可靠性分析做准备。最后,通过前述应力(应变)的分析计算结果和材料的疲劳特性,选用S-N曲线法对该高压涡轮转子系统进行了静强度和疲劳可靠度的计算。通过对此高压涡轮转子系统的强度计算和疲劳可靠性分析,得出的计算结果和提出的研究方法为提高端轴颈和轮盘的可靠性和延长工作寿命提供了一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 引言  9
  1.2 研究背景  9
  1.3 机械结构可靠性概况  9-11
  1.4 研究内容与思路  11-12
2 有限元法概述  12-15
  2.1 有限元法基本原理  12-13
  2.2 MSC.MARC软件介绍  13-15
3 某高压涡轮转子系统的有限元计算  15-34
  3.1 某高压涡轮转子系统模型  15-18
    3.1.1 实体模型  15-16
    3.1.2 有限元模型  16-18
  3.2 材料属性  18-19
    3.2.1 轮盘材料属性  18-19
    3.2.2 端轴颈材料属性  19
  3.3 边界条件与计算载荷  19-23
    3.3.1 边界条件  19-20
    3.3.2 计算载荷  20-23
  3.4 温度场计算  23-24
  3.5 热弹性计算  24-26
  3.6 热弹塑性计算  26-34
    3.6.1 1.0工况下端轴颈计算结果  26-27
    3.6.2 1.0工况下轮盘计算结果  27-29
    3.6.3 0.6工况下端轴颈计算结果  29-30
    3.6.4 0.6工况下轮盘计算结果  30-31
    3.6.5 0.8工况下端轴颈计算结果  31-32
    3.6.6 0.8工况下轮盘计算结果  32-34
4 改变初始条件的再计算分析  34-44
  4.1 引言  34
  4.2 端轴颈的再计算分析  34-37
    4.2.1 1.0工况端轴颈的再计算分析  34-35
    4.2.2 0.6工况端轴颈的再计算分析  35-36
    4.2.3 0.8工况端轴颈的再计算分析  36-37
  4.3 轮盘的再计算分析  37-44
    4.3.1 1.0工况轮盘的再计算分析  37-39
    4.3.2 0.6工况轮盘的再计算分析  39-41
    4.3.3 0.8工况轮盘的再计算分析  41-44
5 静强度及疲劳可靠性分析基本理论  44-67
  5.1 引言  44
  5.2 静强度可靠度计算模型  44-46
  5.3 静强度可靠度计算应力强度分布  46-49
    5.3.1 应力和强度均为正态分布  46-48
    5.3.2 应力和强度均为对数正态分布时  48
    5.3.3 应力和强度均为指数分布  48-49
    5.3.4 强度为指数分布、应力为正态分布  49
    5.3.5 强度为正态分布、应力为指数分布  49
  5.4 复杂随机变量分布特性的求解方法  49-53
    5.4.1 正态分布随机变量的基本代数运算公式  49-51
    5.4.2 泰勒级数近似求解复杂随机变量的分布特性  51-52
    5.4.3 蒙特卡洛模拟法确定应力分布  52-53
  5.5 复杂结构求解可靠度的几种方法简介  53-59
    5.5.1 计算结构可靠度的响应面法  54-56
    5.5.2 一阶二次矩法  56-59
  5.6 疲劳破坏的基本理论  59-60
  5.7 疲劳可靠性的预报方法  60-67
    5.7.1 疲劳强度的统计特性  60
    5.7.2 结构的疲劳强度  60-61
    5.7.3 稳定循环应力作用下的疲劳可靠性分析  61-67
6 某高压涡轮转子系统的静强度及疲劳可靠度计算  67-75
  6.1 引言  67
  6.2 端轴颈静强度可靠度计算  67-68
  6.3 端轴颈疲劳可靠度计算  68-70
  6.4 轮盘静强度可靠度计算  70-71
  6.5 轮盘疲劳可靠度计算  71-75
结论  75-77
参考文献  77-79
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  79-80
致谢  80-81

某高压涡轮转子系统静强度及疲劳可靠性分析

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