An inverse method for online stress monitoring and fatigue life analysis of boiler drums

A method based on solution of the inverse heat conduction problem was presented for online stress monitoring and fatigue life analysis of boiler drums. The mathematical model of the drum temperature distribution is based on the assumptions that the difference of temperature along the longitudinal axis of the boiler drum is negligible with changes only in the radial direction and the circumferential direction, and that the outer surface of drum is thermaUy insulated. Combining this model with the control-volume method provides temperatures at different points on a cross-section of the drum. With the temperature data, the stresses and the life expectancy of the boiler drum are derived according to the ASME code. Applying this method to the cold start-up process of a 300 MW boiler demonstrated the absence of errors caused by the boundary condition assumptions on the inner surface of the drum and testified that the method is an applicable technique for the online stress monitoring and fatigue life analysis of boiler drums.

锅炉汽包复杂应力状态及低周疲劳寿命研究

基于锅炉汽包在冷热态起停等工况下的试验结果,采用有限元法模拟汽包实际结构,对其在介质压力、温度、水重以及自重等复杂载荷下的应力状态进行了计算和分析。研究表明,介质压力引起的机械应力和三维温度场引起的温差应力中,机械应力占主导位置;汽包纵向截面上壳体与下降管接头相连接的内壁拐角处,由于几何结构不连续造成的应力集中程度最严重。对汽包的低周疲劳损耗寿命进行了分析。

多次紧急制动工况下的鼓式制动器热-结构耦合分析

针对汽车鼓式制动器在制动过程中的开裂失效问题,基于运动学、动力学、摩擦学与热-结构耦合的综合分析技术及实验技术,建立了三维瞬态热-结构耦合理论模型及有限元模型;分析多次紧急制动工况下制动鼓温度场和应力场在径向、周向、轴向的分布特征,得到了结构场与温度场的耦合作用结果 ;分析了温度、应力应变、压力三者间的相互耦合作用规律.结果表明:制动鼓的开裂失效主要处于温升大的区域,是由热应力引起的热疲劳失效,且由于周向压应力比径向和轴向压应力大,从而导致制动鼓的裂纹方向均为沿轴向伸展.

基于Sehitoglu理论的汽油机缸盖低周疲劳研究

采用基于Sehitoglu理论的数值模拟方法对某小型强化汽油机缸盖的低周疲劳(LCF)问题进行了研究。利用流固耦合方法获得了缸盖温度场,计算了其在温度循环波动状态下的结构应力应变,根据弹塑性有限元分析结果计算缸盖LCF寿命。研究结果表明,危险点机械和氧化损伤率分别为96.47%和3.42%,疲劳寿命结果为7 480次循环,此方法综合考虑了机械、氧化和蠕变损伤对疲劳寿命的影响,能够较为全面地预测缸盖LCF寿命。发动机顺利通过样机可靠性试验,证明了上述方法的有效性。

基于热-结构耦合的高炉无钟炉顶阀箱疲劳寿命预测

根据装料设备的工作流程,确定阀箱3种最不利的载荷工况;基于热-结构耦合理论并利用有限元分析软件ANSYS研究阀箱在温度载荷和机械载荷作用下的热-结构耦合问题,得到实际工况下阀箱的温度场、应力场以及危险部位的应力谱;依据裂纹萌生和扩展理论对阀箱进行疲劳寿命预测。研究结果表明,在3种载荷工况作用下阀箱应力均低于材料的屈服强度,其安全系数为1.8～3.2,且阀箱的变形在允许范围之内,阀箱静强度及刚度满足要求;阀箱疲劳寿命大于107,也满足要求。

锅炉热态启动过程汽包瞬态应力有限元分析

为研究锅炉热态启动速度对汽包应力的影响,本文根据某电厂汽包实际结构尺寸,通过ANSYS软件建立了汽包有限元模型,结合运行规程中给定的热态启动曲线以及不同温升率的5条热态启动曲线,对汽包瞬态应力场进行研究。结果表明:热态启动过程中,最大机械应力和总应力的位置位于汽包与下降管接口的纵向截面内转角处;最大热应力的位置在与正常水位线相交的水冷壁上升管开孔处横向截面的内转角处;当温升率从2℃/min增加到5℃/min,热态启动速度对汽包在应力最危险点的机械应力最大值没有影响,而热应力最大值随温升率的增加而增加;启动后期,热应力不再起作用,总应力主要受机械应力影响,总应力最大值与机械应力最大值相同且不随热态启动速度的变化而改变,仅与汽包内压有关,可见汽包可承受比运行规程中给定的更快的锅炉启动速度。

首批9F燃机余热锅炉高压汽包运行状态与寿命评估

针对两班制已运行了10年的我国首批9F燃气轮机(燃机)机组余热锅炉高压汽包进行了硬度检测、几何尺寸测量、渗透检测和超声波检测等。基于机组运行数据及汽包检测结果,考虑机组启停过程中汽包内外壁温差和上下壁温差引起的热应力,对其进行了疲劳寿命估算。结果表明:锅炉汽包各项检测结果合格,汽包状态正常;经过约27 300h/1 249周次的运行,汽包累积损耗为0.135 2;在同样启、停条件下,汽包的剩余疲劳寿命为38年/6 955周次。

电厂锅炉锅筒寿命计算

从锅炉锅筒运行中产生疲劳寿命损耗的实际情况出发，给出锅炉锅筒寿命计算的方法及计算机框图，并作实例计算。

基于导热正反问题耦合解法的增压锅炉汽包应力有限元分析

为快速得到精确的增压锅炉汽包的应力分布,针对其外壁局部受热的特点,提出了基于导热正反问题耦合解法的汽包瞬态应力求解方法,即采用导热正反问题耦合解法求解复杂边界条件下的增压锅炉汽包温度场,在此基础上,采用二维有限元方法对汽包瞬态理论应力进行计算。同时,利用ANSYS软件对汽包三维温度场与应力场进行了模拟,并结合实验数据与本文方法计算结果进行了对比。结果表明:基于导热正反问题耦合解法求解的温度场具有较高的精度;本文方法计算的汽包理论应力与ANSYS软件模拟结果吻合较好,汽包壁上机械应力与热应力的应力集中系数分别比美国ASME标准推荐值高24.42%,5.32%。

采用应力分析法评估锅炉高温三通强度及其寿命

针对锅炉高温三通的结构特点,提出了评价其强度及寿命的有限元应力分析方法.强度评估采用应力分类原则并使用密赛斯当量应力,总体膜应力区域引入开孔减弱系数概念以避免分析模型复杂化;寿命中的疲劳损伤部分按弹性瞬态考虑,并采用应力指数法简化模型,以提高计算效率;蠕变损伤部分考虑材料的塑性及蠕变松弛作用.以一个实际锅炉三通为例,结合通用有限元软件ANSYS进行了其强度及寿命的计算,结果表明:该三通符合锅炉使用30年的预期,该方法可用于锅炉高温三通的强度及寿命计算.

焦炭塔的剩余寿命评估与安全生产

论证了焦炭塔使用寿命及安全评估与安全生产的意义。指出温差应力是影响焦炭塔使用寿命的主要因素。由于温差应力大、结构不甚合理以及检修质量问题,塔体与裙座连接焊缝开裂周期越来越短、开裂越来越严重,使之成为影响焦炭塔使用寿命的关键因素。评估结果认为,焦炭塔的剩余使用寿命是由疲劳试验结果决定的。焦炭塔剩余寿命评估为延迟焦化装置的安全生产奠定了基础。

调峰载荷谱下200MW汽轮机转子疲劳寿命估算

阐述了载荷谱下汽轮机转子疲劳寿命的计算方法，推导出计算转子瞬态温度场弹塑性应力场的有限元方程，并编制了程序。用该程序计算了２００ＭＷ汽轮机转子在几种启、停工况下的温度分布，最后计算了该转子在调峰载荷谱下的疲劳寿命消耗。

轧辊热力耦合分析及疲劳寿命研究

以某热连轧机的工作轧辊作为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA显式动力分析软件建立了轧辊、支承辊以及轧件的三维有限元模型。考虑空冷、水冷和轧辊与轧件热传导的动态边界条件,计算了轧辊的温度场。结合其温度场进行了3D热力耦合分析,得到轧辊耦合应力变化规律。在此基础上运用ANSYS软件后处理疲劳计算模块对轧辊的疲劳寿命进行了计算,得到了轧辊表面疲劳寿命为10.8 h。这与实际生产过程轧辊的磨削时间相符。

热力耦合轧辊疲劳寿命分析

应用ANSYS有限元软件,从传热学和力学角度对轧辊进行了热力耦合分析。首先对立辊进行了温度场模拟,得到其稳定轧制状态下的温度场情况;其次,把轧辊稳定的温度场作为体载荷,与轧辊在轧制过程中承受的外载荷,通过耦合分析得到稳定轧制状态下轧辊的应力场分布情况;最后,在疲劳损伤累计理论基础上,用ANSYS/Fe-safe疲劳分析软件对轧辊的疲劳寿命进行了预测分析。模拟结果与实际数据对比基本吻合,证明模型的可靠性,对轧辊的安全使用有重要的意义。

锅炉汽包封头的不稳定温度场及应力场的有限元分析

在文献［１］对汽包封头的机械应力场及机械应力集中系数计算的基础上，用有限元法又进一步计算了封头的不稳定温度场和更为复杂的综合应力场。通过计算分析．弄清了温度场和综合应力场的分布规律，找到了封头的最大应力集中部位，得出了最大综合相当应力与启动温升率的关系．给出了冷态启动时温升率的上限值．

锅筒疲劳寿命计算中的径向温差计算方法

为了验证固定式动力锅炉国家标准法中锅筒径向温差计算的准确性及其在船舶动力锅炉上应用的可行性,并建立能够同时适用于上述2种锅炉锅筒径向温差计算方法。本文对锅筒的径向温差解析解、非常逼近解析解和温度阻尼系数应达值计算公式进行了推导,对非常逼近解析解计算方法进行了研究,对工程实例进行了计算分析。结果表明:固定式动力锅炉国家标准法不能适用于船舶动力锅炉锅筒径向温差计算,而非常逼近解析解法能够同时适用于固定式和船舶动力锅炉锅筒径向温差计算;固定式动力锅炉国家标准法能否变成非常逼近解析解法取决于锅筒温度阻尼系数。本文提出的计算方法符合工程实际,具有理论和应用价值。

焦炭塔热机械疲劳寿命评估研究进展

焦炭塔在运行过程中承受热-机械载荷联合作用,其安全可靠性至关重要。每个生产周期,塔内温度从室温到490℃左右循环变化。一般认为,由于温度变化产生的热应力是焦炭塔结构失效的主要原因。本文从焦炭塔典型材料热机械疲劳性能、形变检测、有限元模拟和热机械疲劳寿命评价方法等几方面对焦炭塔热机械疲劳寿命评估研究进展进行了评述,并对国内外的相关研究进行了比较,指出了亟待解决的问题,本文可以为焦炭塔的寿命评估提供指导和参考。

300MW锅炉汽包接管角焊缝缺陷安全评定

运用我国“压力容器缺陷评定规范”CVDA-1984及英国“Guideonmethodsforassessingtheacceptabilityofflawsinmetallicstructures”BS7910-1999,对300MW锅炉汽包接管缺陷安全性进行评定。汽包接管缺陷评定所需的汽包各运行工况温度场、应力场,通过有限元计算获得。评定结果表明:在设计工况下的30年服役期内,该锅炉汽包接管现有缺陷不会引发一次性脆性断裂,汽包现有缺陷扩展不会对安全运行构成威胁,汽包现有缺陷可不进行返修处理而继续安全运行。

基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法

提出一种基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法,主要是基于ANSYS-Fluent模块进行流固热耦合,仿真结果得到的附件壳体温度场分布并通过实测数据进行结果验证,再通过温度场数据传递途径结合ANSYS-Workbench模块进行附件壳体热固振耦合仿真得到壳体应力应变场,然后基于线性累计损伤理论耦合附件壳体蠕变持久寿命和热疲劳寿命,最终得到其蠕变-热疲劳寿命预测结果。针对附件壳体,一方面对比分析了单纯热疲劳寿命(41 063个循环寿命)与蠕变-热疲劳(39 054个循环寿命),通过结果得知航空发动机附件系统高热环境下蠕变作用对附件壳体热疲劳寿命是存在显著影响的;另一方面对比分析了基于稳态温度场的蠕变-热疲劳(23 334个循环寿命)与基于瞬态温度场(考虑温变速率)的蠕变-热疲劳(24 545个循环寿命),结果表明温变速率在一定程度上影响航空发动机附件系统结构的蠕变-热疲劳寿命。

大型发电机转子护环稳态和瞬态温度及应力分析

建立了发电机转子-护环-中心环互相接触的有限元计算模型,并以此为基础开展了静止状态、稳态额定负荷、负荷变动和多个启、停过程的温度和应力计算分析,采用耦合方程多次迭代的方法计算护环、转子与中心环之间的接触应力,得到了发电机转子护环的稳态和瞬态温度、应力计算结果,以及各工况和瞬态过程接触部位的径向应力分布曲线。结果表明:发电机转子护环低周疲劳寿命最薄弱部位的最大等效应力发生在冷态静止工况下,为967.35 MPa;发电机转子护环与转子的最大接触应力发生在冷态静止工况下,为1 364.50 MPa。