基于相似理论解决水轮机转轮数值分析困难的方法

为解决水轮机转轮在数值模拟过程中存在单元数量大、增量步多的困难,以相似理论为基础,提出基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念,同时结合利用热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数,推导出模拟件与实际结构之间焊接残余应力的对应关系。对尺寸比例系数是1.5:1的转轮实体与模拟件的焊接残余应力场进行数值分析。结果表明,转轮模拟件沿叶片出水边上的焊接残余应力分布规律与转轮实体基本相同,且转轮实体与模拟件在叶片出水边的焊缝附近对应位置的残余应力比值与基于相似理论得到的转轮实体与模拟件的焊接残余应力比值的误差在10%以内。这充分说明基于相似理论建立的转轮模拟件可以代替转轮实体进行数值分析,从而解决了转轮实体在模拟过程中存在的问题。

基于相似理论的构件与模拟件之间焊接残余应力关系的建立

以相似理论为基础,提出了基于温度场完全相似的虚拟模拟件的概念,结合热传导理论得到的表征模拟件与实际结构之间焊接残余应力差异的应力修正系数,推导出了模拟件与实际结构之间焊接残余应力对应关系的数学表达式.同时,利用比例系数为1∶1.5的平板模拟件与实际平板的焊接试验证实了焊接残余应力对应关系的正确性.这为缩小的物理模型预测大型实际构件的应力分布规律提供了一种新思路,具有重要的理论意义与实际工程意义.