基于名义应力法的混流式转轮叶片疲劳寿命预估仿真
转轮是水轮机完成能量转换的核心部件，转轮叶片的贯穿性裂纹严重影响机组的安全稳定运行，叶片裂纹问题已成为水电站急需解决的关键技术难题，引起各方面的高度重视。在目前的水轮机转轮设计中，大多采用的是静强度校核，然而静强度校核存在很大的局限性，它不能考核叶片承受交变载荷时的疲劳损伤，而造成叶片开裂的主要原因是循环交变动应力和稳定应力对叶片材料的疲劳累积损伤引起的微裂纹和裂纹的扩展。因此，水轮机转轮叶片的疲劳强度校核显得越来越重要。
本文借鉴航空发动机及汽轮机疲劳寿命预估的研究成果，以水轮机全流道三维非定常流动数值计算及叶片运动微分方程有限元求解为基础，并考虑水轮机转轮叶片刚度较大的特点，忽略叶片几何变形对流场的影响，采取网格节点点对点的方式，将叶片危险部位的动水压力加载至水轮机转轮叶片的有限元网格节点处，解决了叶片危险部位动水压力的传递方式，完善了水轮机转轮叶片动应力的获取方法。
基于动应力分析的结果，并考虑运行工况变化频繁引起的转轮叶片动应力载荷极其复杂的特点，开展了适合水轮机特点的载荷谱研究，通过改进传统雨流计数方法，提高了水轮机载荷谱编辑效率，使其更符合水轮机转轮叶片的动应力载荷。
在上述工作的基础上，进一步针对水轮机转轮的特点，充分考虑应力集中，尺寸，表面加工以及平均应力等影响疲劳寿命的主要因素，确定了影响疲劳寿命分析中主要因素的修正系数，建立转轮叶片疲劳寿命预估模型与疲劳寿命的评价体系。取得的成果对于提高机组的安全稳定运行和评价转轮的设计水平有重要的指导意义和学术价值。
水轮机转轮叶片;疲劳寿命;数值仿真;名义应力法
西安理工大学
硕士
水利水电工程
罗兴锜;郭鹏程
2011
中文
TK730.323
79
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）