叶片疲劳寿命计算简介
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疲劳损伤积 累理论
叶片结构应 力分析
危险部位的 名义应力谱
危险部位的 局部应力应 变谱
积累损伤
叶片几何尺 寸
叶片危险部位的 应力应变历程
叶片疲劳寿 命
10
局部应力应变法 • 叶片危险部位的应力应变历程：
叶片结构应 力分析
采用有限元软件进行三维稳态应力分析 工程计算方法或三维流场获得气流激振力 采用有限元软件进行三维非稳态应力分析 或进行流固耦合分析 (1)试验方法；(2)弹塑性有限元法； (3)近似计算方法，Neuber法
叶片疲劳寿命分析简介
1
叶片疲劳断裂原因及疲劳分类 叶片疲劳寿命计算方法
局部应力应变法
工作进展
2
叶片疲劳断裂原因及疲劳分类
• 叶片是叶轮机械最重要的关键零件之一，但在叶 轮机械结构故障中，叶片方面的故障却占相当高 的比例。 • 分析叶片故障产生的原因，由于叶片振动导致的 叶片高周疲劳断裂问题尤为普遍，约占总事故的 25%。
• 低周疲劳：在循环应力水平较高时，塑性应变 起主导作用，疲劳寿命较低。
载荷：机组启动——运行——停机循环。 叶片承受的离心力载荷和离心应力随转速的平方变化， 这种载荷在一次启停中循环一次，幅值变化较大。
5
叶片疲劳寿命计算方法
• 疲劳寿命计算方法主要包括：
名义应立法 局部应力应变法 应力场强法
积累损伤
叶片几何尺 寸
叶片疲劳寿 命
8
叶片疲劳寿命计算方法
• 应力场强法
循环σ-ε曲 线 材料的S-N 曲线 疲劳损伤积 累理论
结构有限元 分析
计算裂纹叶 片应力场强 度时间历程
积累损伤
载荷谱
叶片疲劳寿 命
9
局部应力应变法
• 三大内容：
载荷谱
材料疲劳性 能
循环σ-ε曲 线
材料的ε-N 曲线
疲劳损伤积 累理论
6
叶片疲劳寿命计算方法
• 名义应立法
载荷谱 材料的S-N 曲线
确定叶片危 险部位
危险部位的 名义应力谱
叶片疲劳寿 命
叶片动应力 响应分析
7
疲劳损伤积 累理论
叶片疲劳寿命计算方法
• 局部应力应变法
载荷谱
循环σ-ε曲 线
材料的ε-N 曲线
疲劳损伤积 累理论
叶片结构应 力分析
危险部位的 名义应力谱
危险部位的 局部应力应 变谱
危险部位的 局部应力应 变谱
积累损伤
叶片几何尺 寸
Neuber法
叶片疲劳寿 命
14
百度文库
工作进展
• Neuber法验证
中心孔板(《结构疲劳寿命分析》,P129-136)
15
工作进展
载荷谱
循环σ-ε曲线
16
工作进展
局部应力应变计算结果
加载 次数 1 2 3 4 局部应力 /MPa(书) 263.46 -61.74 402.30 56.64 局部应力 局部应变 局部应变 /MPa(报告) /%(书) /%(报告) 263.76 -62.39 402.10 56.10 0.3600 -0.0851 0.5428 0.0706 0.3603 -0.0852 0.5433 0.0706
5
6 7 8
513.44
-295.85 559.03 -461.32
512.98
-297.10 562.98 -461.89
1.0405
-0.0525 1.8099 -0.2531
1.0423
-0.0518 1.8125 -0.2537
17
气流激振力
危险部位的 名义应力谱 危险部位的 局部应力应 变谱
11
局部应力应变法 • 材料疲劳性能：
循环σ-ε曲 线
12
局部应力应变法 • 材料疲劳性能：
材料的ε-N 曲线
13
工作进展
FEA和CFD
载荷谱
雨流法
循环σ-ε曲 线
材料的ε-N 曲线 疲劳损伤积 累理论
叶片结构应 力分析
危险部位的 名义应力谱
3
叶片疲劳断裂原因及疲劳分类
• 叶片的疲劳断裂通常是由于承受动态载荷所引起 的，即使在动应力远远小于材料的静强度极限的 情况下，仍然可能造成疲劳损坏。
4
叶片疲劳断裂原因及疲劳分类
• 高周疲劳：在循环应力水平较低时，弹性应变 起主导作用，疲劳寿命较长。
载荷：运行时气流对叶片的激振力，如静叶尾迹、叶 轮偏心、抽排汽结构等。 机组平稳运行时，这种高周疲劳载荷水平和高周应力 是基本不变的。
叶片结构应 力分析
危险部位的 名义应力谱
危险部位的 局部应力应 变谱
积累损伤
叶片几何尺 寸
叶片危险部位的 应力应变历程
叶片疲劳寿 命
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局部应力应变法 • 叶片危险部位的应力应变历程：
叶片结构应 力分析
采用有限元软件进行三维稳态应力分析 工程计算方法或三维流场获得气流激振力 采用有限元软件进行三维非稳态应力分析 或进行流固耦合分析 (1)试验方法；(2)弹塑性有限元法； (3)近似计算方法，Neuber法
叶片疲劳寿命分析简介
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叶片疲劳断裂原因及疲劳分类 叶片疲劳寿命计算方法
局部应力应变法
工作进展
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叶片疲劳断裂原因及疲劳分类
• 叶片是叶轮机械最重要的关键零件之一，但在叶 轮机械结构故障中，叶片方面的故障却占相当高 的比例。 • 分析叶片故障产生的原因，由于叶片振动导致的 叶片高周疲劳断裂问题尤为普遍，约占总事故的 25%。
• 低周疲劳：在循环应力水平较高时，塑性应变 起主导作用，疲劳寿命较低。
载荷：机组启动——运行——停机循环。 叶片承受的离心力载荷和离心应力随转速的平方变化， 这种载荷在一次启停中循环一次，幅值变化较大。
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叶片疲劳寿命计算方法
• 疲劳寿命计算方法主要包括：
名义应立法 局部应力应变法 应力场强法
积累损伤
叶片几何尺 寸
叶片疲劳寿 命
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叶片疲劳寿命计算方法
• 应力场强法
循环σ-ε曲 线 材料的S-N 曲线 疲劳损伤积 累理论
结构有限元 分析
计算裂纹叶 片应力场强 度时间历程
积累损伤
载荷谱
叶片疲劳寿 命
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局部应力应变法
• 三大内容：
载荷谱
材料疲劳性 能
循环σ-ε曲 线
材料的ε-N 曲线
疲劳损伤积 累理论
6
叶片疲劳寿命计算方法
• 名义应立法
载荷谱 材料的S-N 曲线
确定叶片危 险部位
危险部位的 名义应力谱
叶片疲劳寿 命
叶片动应力 响应分析
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疲劳损伤积 累理论
叶片疲劳寿命计算方法
• 局部应力应变法
载荷谱
循环σ-ε曲 线
材料的ε-N 曲线
疲劳损伤积 累理论
叶片结构应 力分析
危险部位的 名义应力谱
危险部位的 局部应力应 变谱
危险部位的 局部应力应 变谱
积累损伤
叶片几何尺 寸
Neuber法
叶片疲劳寿 命
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百度文库
工作进展
• Neuber法验证
中心孔板(《结构疲劳寿命分析》,P129-136)
15
工作进展
载荷谱
循环σ-ε曲线
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工作进展
局部应力应变计算结果
加载 次数 1 2 3 4 局部应力 /MPa(书) 263.46 -61.74 402.30 56.64 局部应力 局部应变 局部应变 /MPa(报告) /%(书) /%(报告) 263.76 -62.39 402.10 56.10 0.3600 -0.0851 0.5428 0.0706 0.3603 -0.0852 0.5433 0.0706
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6 7 8
513.44
-295.85 559.03 -461.32
512.98
-297.10 562.98 -461.89
1.0405
-0.0525 1.8099 -0.2531
1.0423
-0.0518 1.8125 -0.2537
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气流激振力
危险部位的 名义应力谱 危险部位的 局部应力应 变谱
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局部应力应变法 • 材料疲劳性能：
循环σ-ε曲 线
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局部应力应变法 • 材料疲劳性能：
材料的ε-N 曲线
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工作进展
FEA和CFD
载荷谱
雨流法
循环σ-ε曲 线
材料的ε-N 曲线 疲劳损伤积 累理论
叶片结构应 力分析
危险部位的 名义应力谱
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叶片疲劳断裂原因及疲劳分类
• 叶片的疲劳断裂通常是由于承受动态载荷所引起 的，即使在动应力远远小于材料的静强度极限的 情况下，仍然可能造成疲劳损坏。
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叶片疲劳断裂原因及疲劳分类
• 高周疲劳：在循环应力水平较低时，弹性应变 起主导作用，疲劳寿命较长。
载荷：运行时气流对叶片的激振力，如静叶尾迹、叶 轮偏心、抽排汽结构等。 机组平稳运行时，这种高周疲劳载荷水平和高周应力 是基本不变的。