汽輪機轉子材料30Cr2MoV疲勞過程數值模擬與損傷評價方法.pdf

1、汽輪機轉子是汽輪機組的核心部件之一，它工作環(huán)境惡劣、體積大、造價昂貴。在工作條件下產生的載荷波動、溫度梯度以及應力集中等諸多因素使轉子容易產生不同程度的塑性變形，并因承受塑性應變的循環(huán)作用而受到破壞，釀成事故。因此對轉子進行精確的損傷評價顯得尤為重要。能量理論法是當今金屬疲勞損傷研究的熱點，該方法對高溫部件的低周疲勞問題及疲勞與蠕變耦合的問題具有很好的適應性，有很好的發(fā)展前景。另一方面，隨著數值計算方法、有限元理論和計算機科學等領域的發(fā)

2、展，利用有限元分析軟件可以對轉子的循環(huán)受載過程進行模擬，并取代傳統材料疲勞實驗。數值模擬技術的應用不僅可以減少實驗樣機的數量，降低成本，而且還可以獲得疲勞實驗中無法獲得的實驗數據，是以后疲勞損傷評價的發(fā)展趨勢。 本文以大型熱力發(fā)電廠汽輪機轉子為研究對象，依據轉子鋼材料30Cr2MoV的靜力學和疲勞實驗數據，采用Fortran計算語言和增量有限元方法建立了該材料的彈塑性損傷本構關系。然后在此基礎上通過MSC.MARC平臺建立轉子材

3、料的三維標準疲勞受載試件模型，對模型循環(huán)加載過程進行了數值模擬。通過數值模擬得到了應力、應變分布、循環(huán)歷程的應力應變曲線（遲滯回線）。對數值模擬計算結果在彈性和彈塑性階段分別進行驗證，發(fā)現其與實驗數據結果吻合較好。接著研究了虛擬疲勞過程中的塑性能變化規(guī)律，獲得了塑性能隨總應變及無因次壽命的變化規(guī)律。將數值模擬結果和實驗數據對比，發(fā)現兩者也有很多相似之處。證實了該數值模擬實驗方法的有效性。 本文總結出了以標準疲勞試件為對象的疲勞損