汽輪機轉(zhuǎn)子材料30Cr2MoV疲勞過程數(shù)值模擬與損傷評價方法.pdf

1、汽輪機轉(zhuǎn)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(chǎn)生的載荷波動、溫度梯度以及應(yīng)力集中等諸多因素使轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生不同程度的塑性變形，并因承受塑性應(yīng)變的循環(huán)作用而受到破壞，釀成事故。因此對轉(zhuǎn)子進行精確的損傷評價顯得尤為重要。能量理論法是當(dāng)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(yīng)性，有很好的發(fā)展前景。另一方面，隨著數(shù)值計算方法、有限元理論和計算機科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)

2、展，利用有限元分析軟件可以對轉(zhuǎn)子的循環(huán)受載過程進行模擬，并取代傳統(tǒng)材料疲勞實驗。數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用不僅可以減少實驗樣機的數(shù)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(shù)據(jù)，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(zhuǎn)子為研究對象，依據(jù)轉(zhuǎn)子鋼材料30Cr2MoV的靜力學(xué)和疲勞實驗數(shù)據(jù)，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(gòu)關(guān)系。然后在此基礎(chǔ)上通過MSC.MARC平臺建立轉(zhuǎn)子材

3、料的三維標(biāo)準(zhǔn)疲勞受載試件模型，對模型循環(huán)加載過程進行了數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬得到了應(yīng)力、應(yīng)變分布、循環(huán)歷程的應(yīng)力應(yīng)變曲線（遲滯回線）。對數(shù)值模擬計算結(jié)果在彈性和彈塑性階段分別進行驗證，發(fā)現(xiàn)其與實驗數(shù)據(jù)結(jié)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(yīng)變及無因次壽命的變化規(guī)律。將數(shù)值模擬結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)兩者也有很多相似之處。證實了該數(shù)值模擬實驗方法的有效性。 本文總結(jié)出了以標(biāo)準(zhǔn)疲勞試件為對象的疲勞損