一种测量涡轮叶片榫头应力分布的实验方法

测量航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位应力分布的难度很大,论文提出并实施了一种通过光弹性冻结试验来实现这一目的方法。完成了光弹性模型的设计并采用真空浇注系统浇注了毛坯,采用数控铣技术加工了光弹性模型,在模块化、组合化的模型加载装置上完成了光弹性冻结试验,通过切片及应力分析得到了燃气涡轮盘榫头部位的应力分布,有限元计算结果验证了光弹性冻结试验的有效性,为航空发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位的强度和寿命分析提供了可靠的依据。     

某涡轮盘低循环疲劳寿命预测及试验验证

使用有限元计算方法对某涡轮盘进行应力分析,得到涡轮盘应力分布和涡轮盘危险部位;采用局部应力应变法对该涡轮盘进行低循环疲劳寿命预测,证明该方法满足设计要求;对涡轮盘进行低循环疲劳试验,描述了试验加载方法,试验结果表明涡轮盘可满足5 200次寿命要求。     

涡轮盘积分算法方法的应用研究

用Matlab将涡轮盘应力的二维积分算法编程为多个函数脚本,计算得出涡轮盘上随涡轮盘半径变化的应力分布,并以两个不同型号的涡轮盘为例,将二维积分算法结算结果和三维有限元应力计算结果进行对比,发现两者计算结果具有相同的变化趋势,且最大相差不到7.7%。表明采用数值积分方法对涡轮盘结构方案进行高效率应力分析具有可行性,为涡轮盘结构正向设计提供了工具支撑。     

某型燃气轮机低压涡轮盘强度分析

基于某燃气轮机发动机研究项目的需要,对其涡轮盘强度进行了研究。在有限元软件ANSYS环境中建立了发动机涡轮盘的三维有限元分析模型,基于热弹性有限元分析理论,对额定功率状态下的低压涡轮盘进行了应力、应变分析,并对榫头-榫槽连接处进行了拉伸应力和榫齿名义应力计算,得出了涡轮盘的破裂转速,确定了危险截面的位置。     

高压涡轮盘榫齿裂纹分析

对某发动机涡轮盘的榫齿裂纹断口、材质和受力进行综合分析,结果表明,榫齿裂纹为起始应力较大的疲劳裂纹,盘片材料热膨胀不协调以及存在叶片共振是导致涡轮盘榫齿裂纹的主要原因。另外,GH2036材料在高温燃气环境易发生沿晶腐蚀,是导致涡轮盘提前失效的诱发因素。     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

某型发动机涡轮盘温度及应力计算分析

低循环疲劳是导致航空发动机涡轮盘失效的主要因素之一。以某型发动机的涡轮盘为研究对象,建立该涡轮盘的有限元模型并对其在最大工作状态下的温度和应力进行了分析计算,确定了涡轮盘热弹性应力和径向应力最大的1/4辐板处为低循环疲劳试验的考核部位,其工作温度为试验温度,为后续的低循环疲劳试验奠定了基础。     

某涡轮盘应力计算及优化设计分析

本文以某涡轮盘为模型,利用有限元分析的方法,对几种高温合金材料的涡轮盘进行了应力计算分析。利用AN-SYS参数化语言APDL编写了计算分析涡轮盘剖面参数化成形、应力分析及涡轮盘优化程序。采用一阶优化方法对涡轮盘进行了结构优化设计计算分析,实现了涡轮盘结构的参数化建模和优化设计一体化。试验结果表明改进后的涡轮盘结构合理可靠。     

燃气涡轮发动机计算机辅助设计系统

开发了基于大型有限元分析软件Ansys的燃气涡轮发动机辅助设计系统,该系统将CAD参数建模技术、工程有限元数值计算方法、经典强度计算理论与现代优化设计技术相结合,实现了涡轮盘、机匣和涡轮轴典型零件的参数优化设计的完整设计流程,建立了结构优化设计平台;并通过机匣的结构优化设计实例,验证了燃气涡轮发动机辅助设计系统的有效性。     

基于双重响应面法的涡轮叶盘蠕变可靠性分析

为了精确有效地解决高温蠕变状态下多种失效模式共存时的综合可靠性分析的问题,运用双重响应面法(Dual Response Surface Method, DRSM)对航空发动机涡轮叶盘进行了可靠性分析。通过蠕变试验数据确定材料特征参数;将叶盘结构的燃气温度、材料密度、弹性模量和工作转速作为输入变量,基于建立的叶盘有限元模型,结合有限元法对其进行热-结构耦合分析得到叶盘应力和应变;利用拉丁超立方抽样技术小批量抽取样本,建立涡轮叶盘的应力和应变双重响应面数学模型;运用蒙特卡罗联动抽样技术对双重响应面数学模型进行大批量抽样,完成叶盘结构的综合可靠性分析。分析结果表明:涡轮叶盘高温蠕变综合可靠度为0.985 6;方法比较显示:双重响应面法在保证计算精度的同时明显提高了计算速度。     

基于Abaqus的大型风力机叶片有限元分析

研究了大型风力机叶片有限元模型建立的方法及对叶片进行了静力学和动力学分析。首先将由Pro/E绘制好的叶片实体模型导入Abaqus中,利用Abaqus对叶片进行划分网格、定义材料属性以及确定边界条件及施加载荷,完成叶片有限元模型的建立;然后对叶片进行模态分析、抵抗50年一遇暴风及额定工作状态下的静力学分析,得出叶片的前十阶频率、振型和各工况下的最大应力及其所在位置。通过分析表明叶片的静力学和动力学性能均符合设计要求,可以对叶片进行后续的研究。     

某型发动机涡轮叶片的蠕变寿命分析

针对某型航空发动机的涡轮叶片,开展了应力计算,进行给定转速和温度场条件下的弹塑性有限元分析,得到应力场;对叶片上的危险位置和最大应力值进行分析,计算提高工况时的涡轮叶片的应力场,分析温度场提高和转速提高对叶身应力分布的影响和最大应力值的变化程度;针对温度场和离心载荷分析计算的结果,对于涡轮叶片结构设计、故障预防维修以及航空发动机整体可靠性有重要意义。     

水平轴风力机叶片的结构设计与有限元分析

设计了一种1．5MW水平轴风力机叶片模型,运用ANSYS Workbench对叶片模型添加材料属性、划分网格、施加载荷与约束进行有限元分析。进行了叶片在静止状态和有预应力作用两种工况下的结构模态计算,分析了叶片在被施加极限挥舞栽荷作用下的表面应力分布情况,计算了叶片的最小模态频率和最大应力分布情况。     

叶根尺寸误差对叶片固有频率的影响

采用三维有限元模型,考虑叶片变形的几何非线性和叶根接触非线性,研究常用的枞树型叶根尺寸误差对叶片固有频率的影响。分析结果表明叶根误差发生的位置对叶片弯曲振型的固有频率影响较大,对扭转振型影响较小;误差的大小对叶片的各阶固有频率影响均较小,但对叶根接触状态或者说对叶根应力分布有影响;比较发现,在计算固有频率时,将叶片在叶根处简单地处理成固支位移边界是不合理的。     

轴流式水轮机叶片刚度和强度有限元分析

轴流式水轮机转轮叶片进出口边与枢轴法兰连接的根部易出现应力集中。本文利用ANSYS有限元计算程序对某轴流式水轮机叶片的刚度和强度进行详细的计算分析，提出开应力缓冲槽的改进方案，并进一步探讨应力缓冲槽的形状、大小对降低应力集中效果的影响；在此基础上，提出加大叶片与法兰交接处过渡圆弧的改型方案，对改型前后叶片的应力、变形及模态分析表明，改型后的叶片应力集中显著改善，刚度和固有频率变化较小。     

风力机叶片有限元建模的两种方法

风力机叶片模型复杂,其有限元模型的建立是其静力学与动力学有限元分析的瓶颈.建立准确的几何模型是提高有限元计算结果的精确度的有效途径。有限元ANSYS的分析模型基本上可由两个途径得到,一是ANSYS直接建模,二是其它三维软件模型导入ANSYS。通过研究有限元模型建立的两种方法,得到了ANSYS直接建模的一种有效方法并讨论了CATIA叶片模型导入ANSYS时存在的问题及其解决方案,提高了叶片复杂模型建立的准确度与效率。     

对转涡轮低压转子叶片的流固耦合数值分析

采用对转涡轮设计能提高航空涡轮发动机性能,其中无导叶方案是发展趋势之一。在无导叶对转涡轮中,低压转子叶片受到较大的高压转子出口气流激励。基于ANSYS/CFX软件,采用流固耦合数值分析方法对低压涡轮转子叶片进行了分析,得到了高压涡轮转子叶片尾流作用下的低压涡轮转子叶片振动的应力和变形变化规律。叶片温度对振动应力和位移的平均值、幅值和周期的影响较大,叶片材料密度对振动周期产生明显的影响,高低压转叶轴向间距的选择应兼顾涡轮效率等因素。     

冷态滑参数启动方式下的汽轮机转子热应力分析

以当前广泛应用的汽轮机冷态滑参数启动过程为重点研究工况,建立汽轮机转子的全尺寸有限元分析模型．并采用加载等效质量块的方法对其进行简化;采用工程热力学及传热学知识对汽轮机转子边界蒸汽温度和各部位的对流放热系数进行计算．将其作为边界条件加载到汽轮机转子有限元模型上。通过有限元分析软件ANSYS对转子进行温度场的计算与分析,得到温度分布规律、温差最大时刻及出现的部位;采用热应力间接耦合分析法对转子的应力场进行计算分析,得到其应力分布变化情况、等效应力最大值及出现的时刻和部位。根据分析计算结果对汽轮机在使用时应注意的问题提出了合理化建议。     

Effects of different restraints on the weld-induced residual deformations and stresses in a steel plate

Effects of three different plate boundary constraints on the residual stress field and deformation are investigated numerically during butt-joint welding. For the numerical solution of the heat transfer equations, the finite element method is used to predict the temperature profile as well as residual stress field due to three different plate boundary conditions. The distortion of the welded plate is modeled as a nonlinear problem in geometry and material, adopting a finite element solution based upon the thermo–elastic–plastic large deflection theory. High-strength shipbuilding steel AH36 with temperature-depending material properties and nonlinear stress–strain material properties (bilinear isotropic hardening option uses the von Mises yield criteria) are assumed for the numerical analysis. For verifying the results, the temperature profile is compared with the result obtained in a previous research. In the mechanical analysis, three different boundary conditions are applied. Effects of plate thickness, plate width, and mesh model on the residual stress with boundary constraint are studied.     

极端高温下风力机叶片的性能分析

随着我国的气候的变化,初步探讨极端天气下风力机叶片的性能变化对提高风力机的可靠性具有一定的指导意义。选取750kW风力机叶片为研究对象,叶片材料选用碳纤维,在ANASYS Workbench中模拟极端高温下风力机叶片性能的变化。研究结果表明:碳纤维叶片极端高温下的等效应力、等效应变和位移和8月份平均最高温度下的相比分别增加了175%、180.7%和125.6%。这一结论将使在以后的叶片设计和生产中,积极考虑极端高温因素的影响。