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。     

水平轴风力机轮毂强度和疲劳寿命分析方法研究

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法。应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析。研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布。基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法。算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法。     

RESEARCH ON ANALYSIS APPROACH OF STRENGTH AND FATIGUE LIFE OF HORIZONTAL AXIS WIND TURBINE HUB

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法.应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析.研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布.基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法.算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法.     

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.     

随机载荷下风电叶片复合材料剩余强度概率模型

为对随机载荷作用下风电叶片复合材料(即纤维增强复合材料)的剩余强度进行评估,并考虑载荷的随机性及材料性能的分散性对剩余强度概率分布的影响。首先,根据Miner理论及全概率公式建立随机载荷作用下风电叶片复合材料疲劳寿命的预测模型;然后,基于剩余强度与剩余寿命取决于材料内部同一损伤状态的假设,推导出随机载荷作用下风电叶片复合材料剩余强度的概率模型;最后,通过风电叶片复合材料层合板(由多个单层板粘接在一起组成的整体结构)的静强度实验数据与疲劳寿命实验数据对所建模型的有效性进行验证。结果表明:所建模型能反映风电叶片复合材料剩余强度退化的一般规律,对随机载荷作用下风电叶片复合材料的寿命预测及可靠性评估具有一定指导意义。     

蠕变-疲劳交互作用的寿命计算方法

对蠕变疲劳交互作用下的寿命计算方法进行了介绍。这些方法包括单轴和多轴下蠕变疲劳交互作用下的寿命估算模型，交互作用下裂纹扩展计算模型，非零平均应变下的寿命计算模型，以及损伤力学方法等。     

风电叶片疲劳试验载荷确定方法研究

文章以1.0MW风电叶片(DF64A)为例,研究了在单点单轴恒幅值加载方式下,疲劳试验的疲劳载荷计算方法。根据Bladed软件仿真得出的叶片在风场的疲劳载荷谱(Markov矩阵),利用疲劳损伤理论分析方法及有限元软件研究分析了叶片疲劳试验载荷设计点的位置;最终确定了疲劳载荷设计点在单轴疲劳载荷My作用下的疲劳损伤值;并给出了单点恒幅值加载方式下,该位置的静态载荷参数和动态加载载荷。最终确定出试验方案。     

风电机组螺栓连接参数化有限元分析——VBA与APDL联合二次开发

在风电机组的整体有限元分析中,重要且困难的部分是对主要部件之间的连接螺栓进行极限强度和疲劳寿命有限元分析。文章介绍风电机组螺栓连接参数化有限元分析流程,并以轮毂与叶片连接螺栓为例详细介绍分析流程中的各个步骤,最后简单介绍如何联合VBA和APDL进行分析流程中所需的二次开发。     

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。     

基于有限元法的连杆多轴应力研究

在对连杆的疲劳寿命进行预测时,为了能够提供正确的边界条件,以某型柴油机连杆为研究对象,运用有限元分析软件,采用直接积分法对其进行额定工况下三个循环的瞬态计算,最后考察经计算得到的连杆各部位应力状态。结果表明:连杆在工作时,考察部位既有单轴应力载荷,又有多轴应力载荷,同时在多轴载荷中比例载荷与非比例载荷都有出现。该方法对连杆进行寿命分析时提供了重要的参考依据。     

基于Ansys与nCode联合仿真的风力机叶片疲劳分析

为了研究风力机叶片疲劳破坏问题,文章建立了某1.5 MW商用叶片模型,通过Ansys与nCode软件联合仿真,对其进行了疲劳寿命分析。为进一步研究叶片疲劳损伤规律,对叶片在各个疲劳载荷工况下的损伤进行了分析,结果表明:疲劳损伤主要位于叶根前缘和前缘与主梁连接处,并且主要出现在风速较大、发生次数较多、纵向湍流强度较强的工况;叶片总体疲劳寿命约为24.5 a,满足疲劳强度设计要求。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。     

偏航工况下水平轴风力机叶片气动变形数值模拟研究

以非定常叶素动量方法和水平轴风力机结构动力学为基础,建立风力机气弹计算的仿真程序,将偏航模型耦合进气弹程序中,针对某5 MW水平轴风力机进行仿真计算,分析比较了该风力机在不同偏航角工况下叶片变形沿径向和周向的分布情况,总结了不同偏航工况对风力机叶片变形的影响规律。研究结果对风力机叶片设计和疲劳寿命的预测有一定的指导意义。     

透平叶片内部结构的低周疲劳寿命优化设计

透平叶片是燃气轮机寿命设计的关键部件,其内部复杂的冷却结构直接影响甚至制约透平叶片的低周疲劳寿命。为此,针对某型燃气轮机透平静叶中的内部扰流结构,基于整体模型的分析结果,应用子模型方法构建局部分析模型,通过对比边界路径上的应力结果确定用于优化设计的基准模型方案,最后分析了3种不同倒圆半径方案的应力和低周疲劳寿命,并与初始方案结果进行对比,结果表明随着扰流柱倒圆半径的增大,应力水平明显降低,低周疲劳寿命次数显著提升。同时,应用子模型方法对复杂模型的单个结构特征进行优化设计,得到的计算精度和效率比整体模型更高。研究成果能够为燃气轮机透平叶片结构设计分析提供指导。     

风电叶片双向电动往复式疲劳加载系统振动特性分析

基于电动往复式激振器,设计一种兆瓦级风电叶片双向疲劳加载试验系统。针对双向疲劳加载时出现振动耦合问题,建立风电叶片双向激振疲劳加载系统的动力学模型,并在此基础上建立仿真模型数值仿真系统耦合过程,得到在激振频率、安装位置影响下的系统耦合过程及基本规律。最后,搭建风电叶片双向激振疲劳加载试验系统,试验验证理论分析及仿真结果,为双向疲劳加载系统的控制方法提供依据,也为风电叶片疲劳试验提供参考。     

叶片覆冰对抗冰冻机组疲劳载荷的影响研究

风电机组叶片覆冰后叶片质量增加、翼型气动性能变化,引起风轮质量不平衡与气动不平衡。机组的载荷特性发生变化,将对关键部件的疲劳载荷产生影响,进而影响机组的安全性与可靠性。文章依据IEC标准对覆冰工况的要求,在考虑叶片覆冰后叶片质量与气动性能变化的基础上,提出两种不同的寿命周期,来研究叶片覆冰状态及覆冰时间对风电机组关键部件等效疲劳载荷的影响,结果表明叶片不均匀覆冰、覆冰时间及低温环境空气密度对机组关键部件疲劳载荷有较大影响。     

核电汽轮机末级长叶片低周疲劳寿命预测研究

建立了基于三维弹性有限元法和Neuber理论的叶片低周疲劳寿命评估方法,在该方法中考虑了疲劳相关因素对叶片寿命的影响;最后,应用该方法评估了某核电末级长叶片的疲劳寿命,并讨论分析了相关疲劳因素对叶片寿命的影响。计算结果表明,在相关疲劳因素影响下,长叶片疲劳寿命急剧减少。该研究为核电汽轮机长叶片低周疲劳寿命评估提供了一个有效的理论计算方法。     

大型风电机组叶片疲劳试验研究

对风电叶片疲劳试验理论及方法进行探讨,指出现有理论及方法的局限性及适用性.并在此基础上,确定了适合现有条件的疲劳检测方案,以1.5MW风电叶片为例,开展风电叶片疲劳耐久性试验,着重研究了环境温湿度变化等因素对试验的影响.该文方法与所得结论可供风电叶片研发与检测部门参考.     

风电机组齿轮箱行星架疲劳寿命分析

文章介绍了风电机组传动系统结构和布置形式,应用Solidworks建立传动系统模型,对机组进行全工况载荷测试。分析行星架受力情况和运行状态,应用Workbench对行星架进行单位载荷静力学分析,并依据疲劳积累损伤理论及应用Fe-safe对行星架进行疲劳寿命分析,将分析结果进行后处理,得到行星架疲劳寿命云图及其剩余循环次数。最后分析了行星架疲劳失效主要原因,建立了行星架健康管理档案。     

全钢活塞的热机耦合计算及寿命预测分析

内燃机是当前世界上应用最为广泛的热动力装置,而活塞是整个内燃机工作环境最为严峻的一个零件,它受到高强度的机械负荷以及热负荷。活塞疲劳设计的好坏直接关系到内燃机的经济性、可靠性和使用寿命,所以对活塞进行热机耦合分析和疲劳寿命预测是很有必要的。本文是基于ANSYS有限元分析软件以及Ncode疲劳寿命后处理软件,对活塞多轴应力下的机械应力、热应力和热机耦合进行研究,分析其应力分布,并结合热机耦合的瞬态动力学分析对活塞的多轴疲劳寿命进行预测,为活塞优化减重提供了参考意见。