汽轮机转子热应力在线监测与疲劳寿命分析

对第三类边界条件转子非稳态导热微分方程,采用有限差分格式分析计算,实时在线监测转子应力变化.采用等效应变法,简化转子多轴应力状态模型,将转子多轴低周疲劳转化为单轴疲劳问题,基于线性损伤累积模型,利用雨流计数法对转子低周疲劳寿命进行了分析.     

汽轮机结构元件的损伤和寿命评估

提出了汽轮机转子在高应力疲劳与高温蠕变变互作用下的损伤本构模型与寿命评估方法,以及用于汽轮机转子结构分析的基本方程与变分原理,利用“间置加载”型荷载谱的特点,提出两个基本假设,并根据初始循环应力应变场对损过程中的循环应力应变场进行了有效描述,可对汽轮机转子结构寿命进行评估。     

损伤力学方法在汽轮机高温蠕变损伤分析中的应用

采用非线性连续损伤力学模型对600MW汽轮机高压转子在典型冷启动工况下的蠕变寿命进行了预测，并同当前普遍使用的累积损伤理论进行比较，指出了累积损伤理论存在的问题。分析结果表明，连续损伤模型能更合理地描述材料蠕变损伤的累积发展过程。     

超超临界汽轮机转子蠕变对低周疲劳应变的影响

对某超超临界汽轮机高压转子多次启停和间隔分段稳态高温运行下的低周疲劳应变进行了全时域连续有限元计算与分析,给出了蠕变条件下低周疲劳应变的变化量级和变化图谱.结果表明:超超临界汽轮机转子低周疲劳寿命消耗需进行全时域连续计算,不能采用一次启停数据乘以启停次数的简单算法;蠕变对低周疲劳产生的影响具有长期性,但影响程度随时间逐步递减.     

加载速率对3OCr1Mo1V汽轮机转子钢低周疲劳特性的影响

以30Cr1MolV汽轮机转子钢为研究材料,选取0.1%/s、0.3%/s和0.5%/s的加载速率,采用控制总应变的方法,在RDL 05电子蠕变疲劳试验机上研究了加载速率对材料低周疲劳特性的影响.同时,还提出在538℃下加载速率对30Cr1Mo1V汽轮机转子钢应力和低周疲劳寿命影响的关系式以及低周疲劳寿命与总应变幅值的关系式.结果表明:在538℃时,随着加载速率的提高,转子钢循环应力增大,低周疲劳寿命延长;在同一应变下,加载速率越大,所对应的应力幅值越大;随着应变幅值的增大,应力增大,低周疲劳寿命缩短.     

汽轮机零部件多轴应力状态下的强度设计和寿命预测

介绍了汽轮机零部件多轴应力状态下的强度设计方法和低周疲劳裂纹萌生寿命预测方法,分析了汽轮机零部件多轴应力状态下稳态额定工况的极限载荷与分析设计判据,以及瞬态变工况强度的安定载荷与分析设计判据,提出了汽轮机零部件多轴应力状态下寿命预测使用的等效应力和等效应变正负号的确定方法,给出了汽轮机零部件多轴应力状态下的等效应力与等效应变的换算公式以及强度和寿命设计的安全系数.应用这些设计判据和安全系数,进行汽轮机零部件的强度设计和寿命预测,为汽轮机零部件的长周期安全运行提供了依据.     

基于最大临界损伤平面的转子寿命预测方法

基于损伤力学的临界平面理论,将结构的最大损伤平面作为临界面,针对汽轮机转子建立了一种新的多轴疲劳寿命预测模型。该模型综合了Fatemi-Socie模型和SWT模型的优势,能够更好地反映非比例加载时所产生的附加强化现象。运用该模型对某型船用汽轮机高压转子进行了多轴损伤寿命预测,计算结果表明,该模型和算法具有较高的计算精度,并具有良好的工程适用性。     

燃气轮机涡轮盘-片多轴低周疲劳寿命研究

针对燃气涡轮转子盘-片,考虑多轴应力对其疲劳寿命的影响。引入三种基于临界面法的多轴疲劳寿命预测模型,将临界面定义为最大破坏平面,并给出了寿命预测模型的执行步骤。结合转子盘-片实例进行了应用研究,结果显示：基于临界面法的多轴疲劳寿命预测结果具有较高的精度,其中Fatemi-Socie（FS）改进模型得到的结果与转子盘-片的实际疲劳寿命基本一致,并且模型中引入有限元计算是可行的,可以减少做一些复杂的实验。因此,研究结果具有一定的实际工程意义。     

国产超临界汽轮机转子钢低周疲劳特性的试验研究

为了解国产超临界汽轮机转子钢的静拉伸性能和低周疲劳特性,在540℃和593℃温度下对5种国产超临界汽轮机转子钢进行了静拉伸试验和总应变控制低周疲劳试验,给出了汽轮机转子钢的静拉伸力学性能参数,并拟合出其应变-疲劳寿命关系式.结果表明:在经过540℃和593℃低周疲劳试验后,5种转子钢的维氏硬度分别下降了约15和20,试验用超临界汽轮机转子钢均具有明显的循环软化特性.     

汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性分析方法及其在焊接转子中的应用

介绍了汽轮机转子高周疲劳寿命的设计方法.提出了汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性的分析方法,转子高周疲劳的平均应力σm、应力幅σA和应力强度因子范围AKI的计算方法以及转子钢疲劳裂纹扩展门槛值△KR的经验计算公式.给出了汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性的分析思路、分析方法、评价判据以及半转速1 000 MW核电汽轮机焊接低压转子的高周疲劳安全性分析应用实例.结果表明:转子初始裂纹高周疲劳分析方法能够应用于汽轮机转子的安全性评价,并可以为汽轮机转子的结构优化和长周期安全运行提供依据.     

A continuum damage mechanics model on low cycle fatigue life assessment of steam turbine rotor

A nonlinear Continuum Damage Mechanics model (CDM) is proposed to assess the low cycle fatigue life of a steam turbine rotor, in which the effects of mean stress are taken into account and the damage is accumulated nonlinearly. The model is applied to a 200 MW steam turbine under cold start and sliding parameter stop. The results are compared with those from the linear accumulation theory that is dominant in life assessment of steam turbine rotors at present. The comparison results show that the nonlinear CDM model describes the accumulation and development of damage better than the linear accumulation theory.     

冷启动工况下汽轮机转子的疲劳损伤

在对600MW汽轮机高压转子冷启动工况下的温度场、热应力进行了瞬态有限元分析的基础上给出了热应力随启动温升率的变化关系,进而采用转子材料的低周疲劳曲线计算出不同启动温升率下转子的低周疲劳损伤。为现场运行制定安全、经济的启动过程提供了一定的理论依据。     

涡轮叶片多轴低周疲劳／蠕变寿命研究

本文针对电厂用燃气轮机涡轮叶片工作环境,对Manson—Coffin多轴疲劳预测方程和WWT公式进行修正,同时采用尚德广多轴疲劳损伤参量,给出涡轮叶片新的疲劳寿命预测方法,以适应涡轮叶片高温变幅非比例加载下疲劳损伤情况。通过算例计算了某涡轮叶片疲劳寿命及10000工作小时的总损伤,与叶片实际疲劳破坏相吻合,验证该高温多轴疲劳损伤计算模型的准确性。     

Leading edge erosion of wind turbine blades: Multiaxial critical plane fatigue model of coating degradation under random liquid impacts

A computational model of rain erosion of wind turbine blades is presented. The model is based on the transient fluid–solid coupled finite element (FE) analysis of rain droplet/coating interaction and fatigue degradation analysis. The fatigue analysis of the surface degradation is based on multiaxial fatigue model and critical plane theory. The random rain fields are constructed computationally, and the estimated droplet sizes are included in FE model to acquire a library of load histories. Subsequently, the resulted nonproportional multiaxial high cycle fatigue problem is solved to assess the damage and lifetimes of the coatings. The approach can be used to design new coating systems withstanding longer service times.     

Effect of strain rate on low cycle fatigue with hold time in 9Cr rotor steel

Abstract

One of the main mechanisms of turbine rotor damage is cyclic thermal stress produced during transition conditions, such as warm-up and shutdown processes. In this paper, the cyclic damage with ramp rate is studied in terms of material properties. To evaluate thermal stress damage during the cyclic operation, experiments were carried out on low cycle fatigue with hold time and a range of strain rates for COST FB2, 9Cr ferritic steel. Initially, the experimental fatigue life was evaluated using the time fraction and ductility exhaustion methods. The two analysis methods are compared with real life cases of different hold times and strain rates, and the accuracy is discussed. Next, to predict the plastic deformation curve for low cycle fatigue with hold time more accurately, an attempt was made to simulate cyclic hysteresis loop behaviour numerically using a time dependent viscoplastic constitutive model, and this was compared with the experimental hysteresis loop curve for each cycle number.     

风力机风轮模态局部化的动力学机理与影响因素分析

该文对风力机叶片损伤导致风轮模态局部化的动力学机理与影响因素进行研究。首先从代数特征值角度,揭示模态局部化的动力学机理,发现结构产生模态局部化的主要原因是存在密集模态。其次,建立NREL 5 MW风轮结构的有限元模型,分析叶片失谐度、模态阶数和失谐位置对风力机风轮结构模态局部化的影响。结果表明：叶片损伤失谐会造成叶片的振型发生显著变化,产生模态局部化现象;同时在某些模态下,系统振动能量集中于损伤叶片,会加速叶片损伤,致使其产生疲劳破坏。因此在风力机结构设计时,需考虑模态局部化对风力机结构的动力学特性影响。