涡轮盘-片的结构可靠度计算及灵敏度分析

以某燃气涡轮盘-片系统为对象,综合考虑载荷及材料性能的随机性,利用ANSYS程序对结构进行了有限元分析,运用响应面法模拟得到了结构在紧急工况和典型工况下的最大应力和最大应变能的二次响应面函数表达式。基于该响应面函数,应用蒙特卡罗法,计算了涡轮盘?片结构在两种工况下的结构静强度可靠度和疲劳可靠性参数,分析了涡轮盘?片结构最大应力和疲劳寿命对主要随机变量的灵敏度,对该燃气轮机的运行管理以及材料性能的改进提出了针对性建议。本文的分析方法及结论对于其它复杂工程结构系统的可靠性分析有一定的参考价值。     

利用极大似然法测定曲轴弯曲疲劳性能曲线

利用极大似然法测定某曲轴的疲劳性能p-S-N(可靠度-应力-寿命)曲线,结果表明:利用极大似然法可以减少曲轴试验样件的数量,而且通过标定确定载荷和应力对应关系,可以确定可靠度、载荷、疲劳寿命3个参数的关联性.通过试验检验发现:采用极大似然法计算的数据与试验数据有一定的误差,考虑到用平均秩确定试验数据的可靠性大小有一定的误差,以及检验组的试验数比较少,计算的疲劳寿命数据比试验的疲劳寿命数据小,属于偏安全的设计曲线.     

发动机零部件强度疲劳试验数据统计分析优化研究

疲劳极限统计分析法是小样本条件下一种有效的疲劳试验方法,目前国内常用的疲劳极限统计分析法主要基于10⁴低周循环点开展研究分析。本次研究基于国内外文献数据及材料的S-N曲线的特征,对QCI点法和10³点法进行了数据统计分析优化研究并得出所有试样的极限值,再运用正态分布函数和威布尔分布函数分别计算出零部件的极限寿命值,最后通过对比分析得出了10³点法更符合实际应用情况,威布尔模型更加适用于零部件疲劳试验数据处理的结论。     

机车车体关键部件的疲劳寿命预测与试验验证

利用多体动力学和有限元结合的方法对机车车体的关键部件进行疲劳寿命预测,首先建立机车整车的多体系统动力学模型,根据设定的工况计算得到机车车体关键部件的载荷时间历程,结合有限元计算得到的车体结构的应力应变结果和材料疲劳特性曲线,基于疲劳损伤理论,利用准静态法对机车车体关键部件的疲劳寿命进行预测。然后利用机车线路试验结果与仿真结果进行对比分析,结果表明准静态法作为预测机车车体疲劳寿命的一种工程应用方法是可行的。     

基于临界平面法的发动机机体疲劳寿命预测研究

基于临界平面法计算分析了发动机机体疲劳破坏薄弱位置、疲劳极限和疲劳寿命曲线,并进行了试验验证。结果表明:基于临界平面法进行有限元分析得出的疲劳危险点与疲劳试验试件破坏断裂部位一致;计算得到机体疲劳极限载荷值与试验样本母体均值的相对误差小于10%;计算得到的疲劳寿命与试验疲劳寿命落在3倍误差带以内。在计算模型的边界条件、载荷选取与试验工况一致的前提下,采用临界平面法能准确预测发动机机体疲劳寿命。     

基于动力学的风力机齿轮传动系统可靠性研究

为正确评估齿轮传动系统齿面接触疲劳寿命,以2 MW风力发电机齿轮传动系统为研究对象,引入风场风速变化规律并选用weibull分布建立随机风速模型。考虑外部风载以及由齿轮、轴承刚度等引起的内部载荷激励,建立行星齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,求得传动系统各齿轮副动态啮合力并计算相应的应力历程。针对齿轮传动强度及受载随机性的特点,以轮齿的强度退化表征疲劳效应,基于非线性疲劳损伤累积理论建立剩余强度模型,在传统应力-强度干涉理论的基础上,得到随机风载作用下齿轮传动系统动态可靠度功能函数,通过摄动法对零部件的动态可靠度变化曲线进行描述。结果表明：在强度退化和随机载荷联合作用下,风力机系统各齿轮疲劳可靠度随服役时间出现逐渐下降的趋势,且服役前期可靠度下降趋势较快,中后期下降趋势逐渐减缓,强度退化形式及载荷大小影响着可靠度的变化趋势。该模型反映了齿轮传动系统可靠度随服役时间的变化规律,为产品的可靠性设计及疲劳寿命预测提供了参考。     

基于性能退化数据的风力机叶片疲劳可靠性评估

为了在试验阶段对风力机叶片的疲劳可靠性进行评估,基于某型号风力机叶片全尺寸疲劳试验数据,考虑性能退化过程的随机性和单调性,选用严格单调的逆高斯过程描述叶片的疲劳性能退化轨迹。并根据性能退化理论,建立风力机叶片的逆高斯过程退化模型。利用极大似然估计方法对性能退化模型中的参数进行估计,并根据建立的性能退化模型的可靠度评估方法对叶片的疲劳可靠性进行评估,可实现风力机叶片在无失效寿命数据情况下的疲劳可靠性分析。     

风轮叶片叶根疲劳强度分析方法的研究

在风力发电机组的各组成部分中,叶片是将风能转换成机械能的重要部件,叶根连接结构的可靠性是考核叶片强度的重要指标之一,简要阐述了加权最小二乘法理论,然后针对叶片叶根螺栓套连接结构的疲劳数据的分散性。提出一种考虑置信区间长度的加权最小二乘法拟合S／N曲线的分析方法,最后用此方法拟合试验采集的叶根疲劳试验数据,得到了叶根螺栓套连接强度的疲劳寿命的S／N曲线,同设计理论基本吻合。     

某涡轮叶片热-机械疲劳寿命预测与试验验证

为了得到某燃气轮机涡轮叶片关键截面的真实寿命,设计并开展了涡轮叶片热-机械疲劳试验,获得了真实寿命数据,并基于试验结果提出了一种涡轮叶片低周疲劳与蠕变疲劳交互的寿命预测方法。首先,采用一维线弹性关系、修正公式以及循环应力应变关系3种名义应力应变处理模型计算获得了名义应变;然后,利用SWT寿命关系式预测模型预测了叶片的热-机械疲劳寿命;再将预测寿命与试验获得的真实寿命进行对比分析。研究表明：对于某型燃气轮机涡轮叶片,基于SWT预测模型的循环应力应变关系方法相比于一维线弹性关系和修正公式法预测精度最高,与试验寿命相比,预测误差在4倍分散带之内。     

“服役条件-持久强度”干涉模型及其在T91/P91钢可靠性评估中的应用

分析了基于Z参数的用于高温材料持久寿命可靠性预测的服役条件-持久强度干涉(SCRI)模型,建立了适用于该模型的Monte-Carlo随机模拟分析算法.利用SCRI模型对T91/P91钢进行了不同可靠度下的持久寿命预测,在综合考虑性能数据分散性及服役条件波动性的情况下实现了材料持久寿命的可靠性预测,为材料的可靠性设计提供了新的思路和方法.     

核电汽轮机末级长叶片材料的疲劳性能研究

为了掌握核电汽轮机末级长叶片材料1Cr12Ni3Mo2VN的疲劳性能,开展了低周疲劳试验研究,测试了材料的疲劳循环响应特性、循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线,比较了不同疲劳寿命预测模型的预测结果.结果 表明:叶片材料在循环寿命的绝大部分期间都保持非常稳定的应力应变状态,仅在循环寿命初期表现出一定的循环软化特征;作为一...     

机车辅助变流器柜基于有限元的疲劳分析

以有限元法为基础,采用有限元软件ANSYS对某机车辅助变流器柜进行了静强度分析.采用MSC.Fatigue疲劳仿真软件,根据有限元应力结果、标准提供的疲劳载荷谱和材料S-N曲线用准静态法对结构的疲劳寿命进行了仿真计算,得到了两种不同安装方式下的柜体及安装梁在98%存活率下的总寿命分布.     

某型燃气轮机涡轮盘热态超速预应力试验研究

为提高某型燃气轮机涡轮盘使用寿命,采用弹塑性有限元仿真分析及通用斜率公式方法,预测了轮盘残余变形、应力与转速的关系以及预应力处理前后盘心位置低循环疲劳寿命。根据仿真结果确定超转转速后,通过设计的具有轴向补偿功能的预应力处理试验工装,对涡轮盘开展热态160%超速预应力处理试验研究。研究结果表明：采用的分析模型对涡轮盘残余变形预测精度高,轮缘及轮盘内孔残余变形计算结果与试验测量结果相比,误差分别为4.29%和2.50%,并且预应力处理能够显著提升盘心危险位置的低循环疲劳寿命。     

柴油机连杆疲劳试验的数值模拟研究

结合某型柴油机连杆疲劳强度测试试验与结果分析,主要运用三维有限元数值计算方法和疲劳寿命预测理论,采用Abaqus有限元计算软件和FE-Fatigue疲劳寿命预估软件,对连杆疲劳耐久性试验进行了数值模拟。通过对比连杆疲劳试验与虚拟疲劳寿命预估结果,表明基于材料S-N曲线的疲劳寿命预估方法,在一定程度上能够对疲劳试验中连杆破坏的薄弱部位和疲劳寿命进行模拟与预测。最后,对影响连杆疲劳试验测试结果的一些主要因素做了进一步模拟与分析。     

某压气机轮盘破裂转速分析与试验验证

为研究轮盘破裂转速分析方法并提高破裂转速预测精度,基于平均应力法和极限应变法对某型大功率燃气轮机压气机轮盘破裂转速进行分析。通过后续开展的轮盘超速及破裂试验,对轮盘应变、残余变形及起始破裂位置进行了验证。研究结果表明：轮盘破裂转速分析结果与试验相符,压气机轮盘的主要破裂形式为子午面破裂;与平均应力法相比,极限应变法预测精度更高,并且可以准确预测起始破裂位置。     

基于统计学的机体疲劳强度分析方法研究

介绍了一种发动机机体的疲劳试验与仿真计算方法,采用最小二乘法得到了基于计算和试验的S-N曲线,并对二者的结果进行了对比分析研究。研究结果表明:基于统计学的疲劳试验方法可获得机体的许用安全系数,而材料特性及制造工艺是造成仿真与试验结果存在差异的主要原因,根据疲劳试验的统计结果合理选择仿真计算中强度降低因子Kf,可以有效提高仿真计算的可信度。     

周期性荷载作用下岩石力学特性数值模拟研究

为研究周期性荷载作用下岩石的力学特性,开展了基于离散单元法(DEM)的岩石疲劳数值模拟试验,通过模拟单轴压缩试验研究了数值模型中微观参数对试样宏观参数的影响,再通过数值疲劳试验研究了砂岩的疲劳变形特性。结果表明,砂岩的疲劳应力—应变曲线受控于单轴应力—应变过程曲线,疲劳破坏时的轴向应变即为周期性荷载最大应力在单轴应力—应变曲线中所对应的峰后部分应变。通过分析砂岩的疲劳渐进破坏过程发现,最大应力和平均应力是影响砂岩疲劳寿命的两个重要因素。研究成果对于了解岩体疲劳破坏机理、合理评价工程稳定性有重要意义。     

正交面齿轮副动力学仿真及疲劳寿命分析

基于齿轮啮合原理,推导了正交面齿轮的齿面和齿根方程,借助MATLAB、Imagewear和UG软件生成了面齿轮副的实体和装配模型,利用Adams软件进行面齿轮副的刚体动力学建模及求解,得到面齿轮副的瞬态接触力;以此为疲劳分析载荷谱,结合基于GL规范计算的面齿轮材料的近似S-N曲线及静载荷作用下齿轮副的应力应变结果,在FE-SAFE中采用最大主应力法求解得到面齿轮副的疲劳寿命和安全系数,并研究了表面粗糙度和应力集中系数对其疲劳寿命的影响规律。结果表明,面齿轮副的瞬态接触力相对理论值的波动超过50%,面齿轮寿命随表面粗糙度和应力集中系数的增加而减小,粗糙度较大时疲劳寿命锐减,疲劳寿命对应力集中系数较敏感。     

基于虚拟仪器的风电机组疲劳载荷测试系统

介了大型水平轴风力发电机组机械部件的疲劳载荷测试和寿命预测.设计、识别、计算、评估了疲劳载荷测试系统的载荷发生过程和数据处理过程.阐述了基于虚拟仪器技术的载荷数据采集和处理过程的工作状况.根据线性疲劳损伤相关理论和材料的疲劳载荷谱以及应力.寿命曲线得到了风力发电机组叶片和塔架的实测数据的寿命估计值.     

机车车辆结构疲劳寿命预测方法的研究

对机车车辆结构疲劳寿命预测方法进行了讨论,介绍了包括总寿命、裂纹萌生和裂纹扩展的3种疲劳寿命预测方法。名义应力法(S—N法)和局部应变法(ε—N法)的疲劳设计技术在文中得到详细说明。机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。如今利用虚拟样机的有限元疲劳(Finite Element-Fa-tigue)分析和疲劳试验相结合技术成为代替传统的预测疲劳寿命的主要方法。通过考虑疲劳设计准则,许多疲劳寿命的研究可以被用来进行评估和分析国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命。对于结构设计中存在的潜在问题可以得到正确的评估和比较。最后结合实例介绍了工程实践中的有限元疲劳分析技术的具体应用。