1.5 MW风电叶片多轴疲劳寿命分析

针对风电叶片极易发生疲劳破坏的现象,以1.5 MW风电叶片为研究对象,利用GH Bladed和ABAQUS分别进行叶片的载荷和危险截面的应力计算,基于复合材料多轴疲劳理论,对额定风速下叶片的多轴疲劳寿命进行分析,并将分析结果与单轴疲劳寿命分析结果进行对比。结果表明:传统的单轴疲劳寿命模型会过高估计叶片的疲劳寿命,多轴疲劳寿命分析方法能较准确地对风电叶片的疲劳寿命进行估计。因此,该方法对风电叶片的多轴疲劳寿命评估及可靠性设计具有一定的指导意义。

海上风机在三种风载荷作用下的疲劳分析方法研究（英文）

文章提出一种基于等效疲劳载荷的快速有效的结构优化设计方法,首先通过bladed模拟得到时域下的风载荷,然后通过雨流计数法则和等效损伤理论得到相应的疲劳载荷谱和等效疲劳载荷,接着以导管架式海上风机为例,利用ANSYS对其进行三维建模,选取三种典型管节点和两种非管节点,基于热点应力法计算了其在三种风疲劳载荷作用下的疲劳损伤,通过比较三种载荷作用下的疲劳损伤结果,验证了等效疲劳载荷的可靠性。接着又计算了各等效疲劳载荷分量单独作用下的海上风机焊接节点的疲劳损伤,得出各疲劳载荷分量对疲劳总损伤的贡献,可以为设计者提供更好的载荷设计依据。相比于传统的时域疲劳分析方法和疲劳载荷谱方法,等效疲劳载荷方法更加方便有效。

涡轮增压器叶片高低周疲劳寿命特性

转子是涡轮增压器高速旋转部件,在运行中承受高低周疲劳载荷,其安全运行尤为重要。为获得涡轮增压器叶片的高低周疲劳寿命,通过改变高低周疲劳中高周应力比和单个复合疲劳载荷块中的高周频率,分析疲劳寿命特征,建立了基于Miner理论的寿命评估模型,利用此模型分析得出160000 r/min转速下涡轮叶片的高低周复合疲劳寿命。通过有限元分析软件对相同转速下涡轮叶片进行应力分析,得到低周应力、高周应力的最大值及其关键部位,并对涡轮叶片进行模态分析与谐响应分析,结合Ncode商用软件得出叶片关键部位高低周复合疲劳寿命。对基于Miner理论的寿命评估模型和Ncode软件所预测的叶片高低周寿命结果比较发现,随着高低周载荷谱中高周应力、高周循环数逐渐增加,修正后的模型所得寿命与Ncode软件所得寿命均呈递减趋势,寿命误差在两倍范围之内,两种方法均能较为可靠地预测高低周复合疲劳工况下的叶片疲劳寿命,而基于Miner理论的寿命修正模型的使用相对较为方便,所求寿命较为可靠,易于在工程中推广应用。

水轮机转轮叶片载荷谱的确定方法

本文理论论证了用机组外特性-机组出力确定混流式水轮机转轮载荷谱的研究方法,推导得转轮叶片应力服从三参数韦布尔分布。首次提出并论证了不进行现场实测和调查统计就可确定出韦布尔分布中各参数的方法。用该方法对未进行真机实测和出力统计的已有机组和在设计中的新机组都可预估其载荷谱,为转轮设计,强度校校与结构安全寿命估算奠定基础。

风力机叶片寿命损耗计算方法与工程应用

针对风力机叶片载荷仿真模拟时不同载荷造成寿命损耗比例不明确的问题,通过将风力机叶片沿翼展方向等效为一定厚度的空心等腰梯形,分析了风力机叶片在不同载荷下的频率特性。结合Miner寿命损耗计算法则,定量计算出风力机叶片在各载荷下的寿命损耗大小。研究结果表明,气动载荷所引起的寿命损耗占风力机叶片全寿命周期损耗的比例最大,重力载荷所引起的寿命损耗占全寿命周期的比例较小。

随机载荷下混流式叶片疲劳应力分析

基于计算流体动力学(CFD)得到的水力学数据,采用有限元法对水轮机叶片的动应力进行数值分析,提取危险部位的应力时间历程进行雨流计数,建立了疲劳应力均值和幅值的二维随机变量分布规律并进行母体分布χ2的检验,为水轮机叶片的疲劳可靠性设计校核研究奠定了基础。

汽轮机末级叶片在变负荷运行时的动应力和疲劳寿命特性

采用有限元模型及动应力、疲劳寿命分析方法 ,结合试验结果对 2 0 0MW汽轮机变负荷运行时末级 6 6 8mm全周连接叶片的动应力和疲劳寿命进行了计算分析和安全性评价。叶片已避开三重点共振 ;若出汽边存在水蚀缺口 ,在 4 0～ 6 0MW负荷范围的疲劳寿命较短 ,应避免在此负荷范围长期运行 ;在 6 0～ 2 0 0MW负荷范围内有足够长的疲劳寿命 ,可以长期安全运行。

基于QAR数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据,提取右发高压涡轮转速比N_(2)(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型,结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件,采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解,得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测,重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响,最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明,叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高,预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近,可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。

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。

基于整机试车的涡轮叶片高低循环复合疲劳试验技术

针对航空发动机涡轮叶片同时承受高循环载荷和低循环载荷的特征,以小推力涡喷发动机为研究对象,搭建了基于引电器的涡轮叶片动应力测量系统,利用数值模拟和试验测试结合的方法,实现了高度为30mm的涡轮叶片在40 000r/min转速、950℃环境温度条件下的动应力测量,并以此为基础发展了整机高低循环复合疲劳试验方法,开展了高压涡轮叶片高低复合疲劳整机试验。研究结果表明,该型发动机转速在34 920r/min时,叶片高循环振动应力达到112.7MPa,带来了涡轮叶片的高循环疲劳损伤且是引起涡轮叶片产生裂纹的主要因素,低循环疲劳载荷是导致裂纹扩展的主要因素,两者综合作用会显著影响涡轮叶片寿命。

考虑应力松弛的单晶涡轮叶片蠕变疲劳寿命预测

建立了民用航空发动机单晶涡轮叶片考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命预测方法,该方法在热弹性蠕变有限元计算基础上,综合单轴等应变松弛模型及多轴应力修正因子预测全寿命周期内的应力松弛历程,应力下限取为一次应力.利用综合时间硬化隐式蠕变方程描述蠕变变形,结合损伤雨流计数法及Morrow方程计算疲劳损伤,基于Robinson法则的分段损伤线性累积方法计算全寿命周期内的蠕变损伤,总损伤达到临界损伤时获得蠕变疲劳寿命.通过对公开的单晶材料蠕变疲劳数据的分析,临界损伤定为0.5.结果显示,考虑应力松弛的蠕变疲劳寿命是不考虑应力松弛的45.6倍.为保证可靠性而兼顾经济性,叶片寿命预测时,可先有限元循环加载n个循环,再利用所提出的方法预测2n个循环内的应力松弛历程.