基于CFD流态分析技术的水力机组转轮改型研究

采用CFD流态分析技术,以三维紊流场的分析结果为依据,对水电站的轴流式转轮进行改型.改型结果表明应用CFD流态分析技术预测的水轮机性能具有很好的准确性,三维紊流场分析结果为叶片改型提供了详细的数据,提高了水轮机转轮改型设计的水平.     

基于Pro/Mechnica的新型水轮机叶片结构分析

根据水轮机叶片设计方程，对水轮机叶片曲面进行了拟合。基于PRO／MECHANICA模块对叶片结构进行了分析，对叶片的应力、应变、模态及动态时域分析后表明，水轮机叶片应力集中点可以显著确定，可在结构上采取相应措施，降低叶片应力集中。该分析方法对叶片结构设计有实用意义。     

混流式转轮刚强度分析及改善措施研究

针对某电站水轮机增容改造后转轮应力水平过高的问题,提出了延长叶片近上冠部分的出口边和添加补强三角块两种解决方案。采用CFD方法对水轮机全流道进行定常流动分析,将所得水压力加载到转轮的有限元模型上进行刚强度分析,获得了两个方案下的转轮最大等效应力值和最大变形量。计算结果表明:原转轮最大应力值出现在额定工况,这是因为叶片中部和出口靠上冠两个区域的正背面压差较大,载荷分布不均匀;额定工况下,两种方案可相同程度地将叶片最大应力值减小14.5%,其中方案A由于叶片出口边跨度增加,叶片最大总变形量要大于方案B;方案B的最大应力值位于三角块斜边与叶片出口边相交的位置,离叶片根部较远,有效地改善了叶片根部的受力;同时,流场分析结果表明:两种改型方案对于各工况下的水轮机能量特性和空化性能影响较小。     

基于模态共振分析的某故障涡轮叶片改型设计

某型发动机涡轮静子叶片在运作过程中经常出现断裂现象,为了保证飞机的安全运营,需要对故障叶片进行分析及改型处理。运用ANSYS进行模型建立及计算,对故障涡轮叶片进行模态分析。再对故障叶片进行延展改型并通过ANSYS进行验证,通过计算得到结论,改型后的叶片成功避开了原叶片发生故障时的事故频率,改型前后叶片1弯模态应力分布几乎一致,应力最大点和次大应力点均分别位于叶片前缘靠近顶部区域和叶片吸力面靠近顶部区域,且应力大小相差不大。由于避开了事故频率,到目前为止,使用过程中未再有断裂现象发生,从而验证了改型方案的可行性。     

基于有限元的轴流式水轮机转轮体刚强度分析

针对轴流式水轮机,因其转轮体的结构及受力情况的复杂性,进行精确的刚强度计算是相当困难的。为了研究轴流式水轮机转轮体在工作状态下的应力状态及位移情况,采用周期性边界条件,选取包含一个完整枢轴孔在内的扇形区域作为分析模型,对弹性体结构的动力平衡方程,采用三维有限元技术进行求解,分别对额定工况、最大水头工况和两种飞逸工况下的轴流式水轮机转轮体进行了刚强度分析。结果表明：轴流式水轮机转轮体在运行时,飞逸工况下的应力水平要远远大于正常运行工况下的应力水平;转轮体的最大位移及最大应力点位于大枢轴孔的下端处,与实际转轮体最大应力位置一致,同时也说明了该方法的有效性。     

离合器从动盘结构静力学特性分析与改进

采用试验和有限元的方法研究了离合器从动盘结构的刚度和强度,并对应力集中的区域提出了改进方案。根据离合器从动盘的工作原理建立了结构的有限元模型,计算了从动盘结构的刚度和应力分布;进行了相应的试验,验证了所建立有限元模型的正确性;根据有限元计算的结果,提出了结构的改进方案。改进方案可以在降低应力集中的同时,减小结构的质量。     

大型水轮发电机转轮叶片流速场、压力场的边界元法分析

本文据边界元法原理,推导出适用于二维、三维Laplace场的电子计算机数值计算公式,并通过对水轮机转轮叶片流道边界条件的处理,给出高、中水头混流式水轮机转轮DA-06、D48转轮叶片、轴流式水轮机转轮葛洲坝电站17.5万千瓦机组转轮叶片的速度场、压力场的计算结果,据此计算出的应力场与相应的试验比较,二者基本一致,为解决水轮机转轮强度分析难的问题,初步开辟了一个新途径。     

大型水轮机叶片铸造工艺研究

研究了山图迪斯轴流式水轮机叶片的铸造工艺,并利用数值模拟技术对叶片铸件在充型过程的流场、凝固过程的温度场和应力场进行模拟计算,优化叶片的铸造工艺方案,验证工艺的可行性。     

空间飞行器失重试验安全保护分析与设计

针对空间飞行模拟器采用自由落体原理模拟空间失重运动环境的安全性和可靠性要求,提出了慢回弹海绵垫缓冲保护方法,建立了该种方法的数学模型,计算了慢回弹海绵刚度与模拟件下陷深度的关系以及慢回弹海绵刚度与模拟件受最大作用力的基本关系。设计了二层不同刚度回弹海绵组成的安全缓冲保护方案,并使用Abaquse建模、分析,仿真了试验过程。仿真计算结果表明该方案可行,在缓冲过程中的模拟件受到的局部最大应力小于模拟件的屈服强度。在实际试验中使用该方案得到了安全性验证。     

轴流式水轮机叶片翼型参数化设计

我国水力资源丰富,水能开发工作稳步推进,与发达国家相比,依旧存在一定不足之处。目前,随着我国对这方面的支持进一步加大,水电开发工作日益加快。本文主要介绍了我国轴流式水轮机发展现状,然后展开轴流式水轮机叶片翼型参数化相关设计,建立相应的模型,生产3D水轮机叶片,节约时间和制造成本。     

重型燃气轮机叶片离心载荷下应力特性的研究

针对重型燃气轮机叶片疲劳寿命研究的需要,通过设计和搭建的全尺寸叶片疲劳试验装置,模拟离心载荷工况下的低周疲劳试验,开展离心载荷下叶片应力分布和疲劳寿命预测的研究。该全尺寸叶片疲劳试验装置能够模拟低周疲劳中的等效离心载荷工况,为叶片试验提供必要的条件和手段。同时,对叶片进行网格划分和有限元仿真计算后,得到叶片Von mises应力分布结果,发现叶身应力最大处位于中部偏下边缘薄壁侧。然后将有限元仿真及应力试验相结合,提出叶片疲劳试验的离心载荷等效方法。在此基础上完成叶片的动应力试验,获得应力时间历程数据,并且给出离心载荷应力谱。结果表明,叶身中部边缘的应力水平最高,动应力谱幅值与频数概率的分布服从6阶麦克劳林拟合函数,用等效离心载荷疲劳寿命进行叶片寿命预测的结果是偏安全的,该结论可作为优化设计和试验研究的参考依据。     

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。     

高水头水轮机球阀压力试验封头受力分析

以某高水头水轮机球阀压力试验封头结构为研究对象,介绍了球壳与锥壳组焊式压力试验封头的各组成部分,并利用有限元方法对其进行受力分析。利用应力线性化方法,提取了高应力区域组焊钢板的最大平均应力,并依据相应的应力考核标准对结果进行考核。     

有限元法在透平叶片振动研究中的应用

以透平叶片振动分析理论为基础,对实验室的等截面直叶片分别通过理论法和有限元法求解其前7阶的切向弯曲自振频率并加以比较。利用有限元法对叶片及顶部围带相互连接的叶片组在不同转速下进行模态分析,得到叶片及叶片组动力刚化效应振动模态数值分析结果,并对结果进行了分析比较。对于顶部围带不连接的叶片组,利用有限元法通过构造弹簧模型来处理顶部围带的接触问题,所得结果真实反映了汽轮机运行过程中围带的碰撞和叶片的振动情况。     

Study of creep-fatigue behavior in a 1000 MW rotor using a phenomenological lifetime model

In this study, the phenomenological lifetime model was applied to part of an ultra-supercritical steam turbine rotor model to predict its lifetime as a post processing of the finite element method. To validate the accuracy and adaptation of the post processing program, stress-strain hysteresis loops of a cylinderal model under service-like load cycle conditions in cycle N = 1 and 300 were constructed, and the comparison of the results with experimental data on the same cylinderal specimen showed them to be satisfactory. The temperature and von Mises stress distributions of the rotor during a startup-running-shutdown-natural cool process were numerically studied using ABAQUS and the damage caused by the interaction of creep and fatigue was subsequently computed and discussed. It was found that the maximum damage appeared at the inlet notch zone, with the blade groove areas and the front notch areas also suffering a large damage amplitude.     

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。     

透平叶片固有频率和振型的测试方法分析

以透平叶片为研究对象,采用LMS系统对叶片的静频和振型进行了测试。单只叶片的试验测试结果与数值计算结果吻合良好,说明所提供的叶片分析模型和静动态分析方法具有良好的工程精度,验证了有限元计算的准确性。结果显示,装配后叶片固有频率的分散度加大,因此在以后的装配过程中,需要对装配后各叶片固定力进行控制;如果控制难以实现,则必须对装配后的叶片的固有频率进行测试,使固有频率及其分散达到设计要求,为此类叶片的结构优化或性能优化以及叶片的再设计提供理论依据。     

燃气涡轮转子盘-片系统三维非线性循环应力-应变分析

燃气涡轮转子盘—片系统的几何形状和结构形式比较复杂，在高温、高转速的恶劣条件下工作，准确的应力分析是进行强度计算和疲劳寿命预测的重要前提。使用ANSYS有限元结构分析软件，建立了燃气涡轮盘—片接触系统三维循环对称有限元模型，考虑了叶片材料的各向异性、涡轮盘与叶片榫头之间的接触非线性、材料的弹塑性变形和温度不均匀引起的热应力等情况，数值模拟涡轮盘—叶片组件的受力状态及边界条件，进行三维非线性循环应力—应变分析。     

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。