积分随机有限元方法在汽轮机转子计算中的应用

针对结构的随机问题,将Laguerre积分法和有限元相结合,并考虑结构的物性参数和载荷参数等多变量的随机性及其相关性,推导出结构应力应变均值和方差的计算式。利用ANSYS的二次开发语言———APDL进行编程,实现结构全节点的应力应变响应均值和方差的计算,并将计算结果云图显示。最后,通过对汽轮机转子进行计算分析,并与Monte-Carlo法相对比,验证了该方法的正确性和快速性。     

叶片振动特性分析中的随机力学方法

分析了影响叶片振动特性的因素的不确定性，提出采用随机力学方法研究叶片振动特性，建立了叶片振动频率分析的概率分析模型，并分析比较了三种随机有限元求解方法用于叶片随机响应分析的特点，为叶片振动特性的可靠性设计提供了新的分析方法。     

基于统计学习理论的叶片动静频率概率设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响,对叶片固有振动特性进行概率分析,并判断其对随机参数的敏感性是叶片动强度可靠性设计的基础.以某试验台用汽轮机等直叶片为研究对象,考虑几何参数(长度、宽度、厚度)、材料参数(弹性模量,密度)和转速的随机性,运用统计学习理论,将确定性有限元、径向基函数(RBF)神经网络和Monte carlo模拟法相结合,得到了叶片静(动)频率的统计参数和累积分布函数.采用概率敏感性分析方法,定量地判断出叶片静、动频率对随机输入变量的敏感性,分析结果对工程实际具有一定的指导意义.此外,还将计算结果与响应面方法进行了比较,得出该方法较响应面方法更加快捷,可作为叶片动强度可靠性分析的可选方法.     

基于区间有限元的汽轮机叶片非概率可靠性分析

考虑汽轮机叶片设计参数的选取存在不确定性,利用非概率可靠性理论并结合区间有限元方法对汽轮机叶片的静态结构响应进行了研究.由于不确定参数确定的区间有限元控制方程中系数可能存在相关性,利用泰勒展开对非线性的区间刚度矩阵进行线性化处理,避免系数之间的相关性,采用改进迭代解法求解区间有限元控制方程,获得叶片静态结构响应（即应力和变形）的区间范围,并结合实例对叶片响应值与解析解进行了比较.结果表明：改进迭代解法的计算结果能够满足工程应用,并且可定量判断出叶片的可靠程度.     

汽轮机转子的热力耦合随机动态响应分析

不仅考虑汽轮机转子承受多轴应力的影响,并且考虑转子材料的热弹塑性,利用基于Laguerre积分的随机有限元方法(LISFEM)对汽轮机转子的随机动态响应特性进行分析.然后,利用ANSYS二次开发功能——UIDL(用户界面设计语言),对汽轮机转子的随机动态响应分析过程进行模块化封装,嵌入ANSYS软件当中,以方便用户操作分析.     

大功率汽轮机高温叶片蠕变特性数值研究

近年来汽轮机朝着大功率、高参数方向快速发展,汽轮机进口蒸汽温度不断提高,导致叶片的工作环境进一步恶化.叶片作为汽轮机的核心部件,其安全性直接影响汽轮机机组的运行状况,因此研究高温条件下叶片的强度和蠕变特性非常重要.以某大功率汽轮机高温叶片为例,构造了叶片和叶轮三维有限元模型,采用商用有限元软件ANSYS分析了离心力和温度场共同作用下的叶片热弹性应力及变形;然后,应用诺顿模型分析了该叶片经历100 000 h蠕变历程的应力和应变.建立了完整的汽轮机叶片蠕变特性分析数值模型,研究工作为汽轮机叶片的静强度和蠕变特性研究提供了具体的方法,所得结论对于高温叶片设计具有指导意义.     

基于摄动响应面法的汽轮机转子随机响应特性及灵敏度分析

为了满足汽轮机转子高可靠性设计的需求,将响应面法和摄动随机有限元相结合,考虑转子几何参数、材料参数和载荷参数的随机性,首先采用中心指数设计进行抽样,利用步进回归分析技术确定结构的响应面近似函数,然后利用摄动法推导出结构随机响应的各阶中心矩表达式,最后计算出转子随机响应变量的各阶中心矩及其相对于各随机输入变量的灵敏度。计算结果表明,对转子的最大变形影响最大的是弹性模量,其次是转子密度和转速的影响,而轴长对其的影响可忽略不计;对转子的最大应力影响最大的是转子密度,其次是转速的影响,而轴长对其的影响可忽略不计。     

汽轮机转子的多变量随机动态响应及可靠性分析

为了满足汽轮机转子的高可靠性设计要求,利用ANSYS的APDL语言二次开发功能,考虑汽轮机转子材料物性参数和载荷参数等多随机变量同时作用的情况,将积分随机有限元法嵌入到ANSYS软件当中,编制汽轮机转子的多变量随机应力应变均值及其各阶中心矩的计算程序,通过与Monte-Carlo模拟方法相对比,验证了该方法的正确性。根据计算得出的汽轮机转子最大应变的各阶中心矩,通过Gram-Charlier级数拟合得到汽轮机转子应变随机响应的概率密度函数,并依据可靠度计算公式计算得出转子的可靠度。同样与直接Monte-Carlo模拟方法相比较,计算结果表明,两者相对误差较小,验证了采用级数拟合方法的合理性。     

超超临界汽轮机末级动叶接触及振动特性分析

针对超超临界汽轮机末级动叶普遍采用的凸台式阻尼拉筋、整圈自锁扭叶片结构,建立了三维非线性接触模型,采用有限元软件对某汽轮机叶片的强度及振动进行数值模拟,分析了拉筋间及围带间不同安装间隙下叶片的扭转变形,并基于设计的间隙值,得到了围带及拉筋的接触状态随转速的变化规律以及非线性接触对振动特性的影响.结果表明:拉筋间及围带间的非线性接触对叶片的扭转变形和动频影响较大,可以通过调整围带、拉筋结构及其安装间隙来改变叶片的刚度和频率.     

阻尼连接叶片的动力特性研究

研究了干摩擦阻尼器对阻尼叶片动力特性的影响。带有阻尼结构的叶片是一个非线性动力系统。文中推导了干摩擦阻力的实用矩阵表达式，给出了相应示眦非线性动力问题的有限元方法。根据文中所给的方法分析了２例正在服役的叶片，从分析结果总结出了影响阻尼叶片动力特性的阻尼器的主要参数，并得出：由于采用了阻尼结构，激振力的频率和幅值都可以影响阻尼叶的振动特性。