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1 9 9 7 年第 12 卷第 2 期电力学报 V o l 1 2 N o 2 1 9 9 7
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(总第 3 9 期) JO U R N A I O F E I E C I R IC PO W E R (S u m N o 3 9 )
汽轮机叶片的静动应力分析及
高低周疲劳寿命估算
王全忠¹ 安宁徐自力
( 太原电力高等专科学校) ( 西安交通大学能动学院)
摘要提出了汽轮机叶片静应力和动应力的三维有限元计茸模型, 并导出了具体的有
。
限元方程。给出了叶片材料的凌劳特性曲线和循环应力应变关系曲线提出了叶片高低周疲寿
命计耳模型。最后用该模型对一个实际叶片进行了动静应力分析和寿命枯算, 计耳结果和实际
并合较好。
关键词叶片; 应力; 有限元; 高周狡劳: 低周疲劳
中图法分类号 T K 26
o 引言
汽轮机叶片在工作时承受着离心力和汽流力的作用, 当机组经历一次从启动在停机过
程, 叶片就承受一次低周疲劳载荷。叶片正常工作时, 随着大轴旋转, 汽流参数沿周向不均匀分
, , ,
布会对叶片产生一种非定常汽流激振力虽然激振力是非纯谐波但通过 Fou ri e r 变换可以分
解成一系列与基频成整数倍的谐波, 汽流激振力频率较高, 对叶片造成的是高周疲劳载荷。对
大量叶片事故分析表明, 叶片破坏主要是由这两种疲劳载荷造成的。而通常采用的安全倍率准
则, 难以准确反映这两种疲劳载荷对叶片寿命的损伤过程。为此本文在应用三维有限元准确计
、, ,
算叶片静应力动应力基础上提出了叶片疲劳寿命的估算模型和具体的方法最后用此模型
分析了一个实际叶片的静应力和动应力及叶片的疲劳寿命。
卫叶片静动应力计算方法
对叶片静动应力分析, 国内外通常采用壳单元及扭曲梁单元模塑, 由于这两种分析模型和
卫本文第一作者: 男肠岁, 高级工程师, 。30 01 3
收稿日期: 19 7 一 3 一 5
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第 2 期王全忠汽轮机叶片的静动应力分析及高低周疲劳寿命估算
真实叶片有一定差距, 因此难以反映叶片局部应力状态, 不能满足寿命估算的需要。为此本文
拟采用三维八节点实体单元模型计算叶片静动应力。
作者在文献「1 〕中采用三维八节点实体单元, 根据虚功原理图推导出的叶片静力方程为:
‘
[ K 〕{a } = {Q } + {P } + {R } (1 )
。,
式中有关符号说明可见文献[ 1 〕利用有限元方程(1 ) 只要已知叶片工作转速和表面作
用力就可求出其静应力分布。
.
对叶片的动力问题同样将其离散成有限多个单元的集合体, 利用变分原理可得到动力方
程:
仁对〕{ 占}+ [ C 〕弋占}+ 「K 〕{a }= {f (t ) } (2 )
, 。了
〔、: 一艺: 〔、〕: 、〕d y
式中{
: 。一
仁c : 一艺丁C : 、」: 、〕d y
: 了
艺, : : : : D 〕〔: 〕d ·
[ K ] 一{
, 。
{f (t )} 为激振力。为叶片阻尼比
当叶片旋转时, 单元在离心力作用下, 引起附加应变能使结构刚度增大, 采用更改的拉格