转轮叶片裂纹分析，检测及处理

转轮是水轮机核心部件，转轮的叶片出现裂纹会严重威胁水电厂的安全运行。通过对水轮机转轮叶片进行有限元计算分析，得出应力过于集中通常是叶片裂纹产生的主要原因，此外，叶片也存在设计、制造、运行方面的问题，为此，介绍了水轮机转轮叶片裂纹无损检测的常用方法和一般工艺。     

混流式水轮机转轮动载荷作用下的应力特性

许多大型水轮机投产后短期内都出现了不同程度的裂纹问题,研究表明动应力值较大是引起转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因之一。该文对万家寨二号机组转轮进行了流固耦合计算,发现较大应力区与实际裂纹出现的部位基本一致。接着进行了动载荷作用下转轮的瞬态动力分析,采用Newmark算法得出了导叶开度变化时转轮的应力分布,当动载荷变化频率较大时,算出动应力大致在15～20MPa左右,与经验值比较接近。这些结果印证了动应力值过大是叶片产生裂纹的主要原因,从而为水轮机在设计阶段就进行优化提供了可能。     

混流式水轮机叶片出水边三角块尺寸对转轮应力影响研究

针对混流式水轮机转轮叶片出水边与上冠连接处应力过大、容易出现裂纹的问题,采用在该处添加补强三角块以改善该处的应力分布。本文主要研究了两个计算工况下,不同尺寸三角块对转轮应力的改善情况,同时分析了对转轮的变形、叶片压力分布、尾水管涡量、水轮机效率的影响。结果表明:在两个计算工况下,当三角块两个边长为转轮标称直径的5.7%时,水轮机其他水力性能基本不变,且转轮的最大应力值降低分别为26.9%和29.5%,且最大应力位置转移到了叶片出水边与三角块出水边相接的转角处,叶片出水边和上冠连接处的应力明显减小,这对于改善转轮叶片出水边与上冠连接处的应力、避免焊缝处裂纹的发生和水轮机的安全稳定运行均具有重要的意义。     

任意截面形状的转轮强度计算方法的研究

探讨了应用有限差分法求解转轮应力的计算方法。运用木方法对等厚度转轮和带叶片的压缩机转盘进行了计算，并分别与精确值和二次计算法计算结果进行了比较；其结果表明等厚度转轮应力分布的计算值与精确值完全吻合，对具有叶片的实际轮盘，从模型的建立和简化的方法来看，本方法的计算结果更接近于实际的应力分布。     

转轮裂纹原因试验研究

介绍岩滩机组转轮原型试验的研究内容和方法，研究表明岩滩机组转轮叶片存在较大的残余应力动应力，是使转轮叶片产生疲劳裂纹的主要原因。     

混流式转轮叶片裂纹原因分析及处理技术探讨

通过对国内几大典型电站混流式转轮叶片出现裂纹原因及处理结果的分析,认为混流式转轮叶片的结构、刚度、强度、材质特性、装焊质量和运行工况的科学设定是避免叶片裂纹产生的基本或明显因素;而叶片出口卡门涡频率与叶片固有频率关系的正确设定是消除裂纹产生与发展的潜在或促进因素.因而应用CFD软件对叶片进行水力设计与分析的同时,对卡门涡频率和叶片固有频率进行专项分析、计算,在确认两者无约数关系的条件下,给出较佳的设计方案.     

冷却塔水轮机转轮结构优化及模态分析

于Ansys Workbench平台,考虑不同工况及不同水轮机材料,对某冷却塔水轮机转轮进行流固耦合分析.通过对转轮过流面及叶片的水压力分布计算,将得到的水压力载荷加载到转轮叶片上,进行转轮体结构分析,得出不同工况和材料下转轮的应力分布及变形情况.对转轮进行干湿模态分析,得到转轮在两种情况下的固有频率和振型,并用试验验证.研究结果表明:各种工况下,转轮的最大静应力和最大位移随流量的增加而增加,均出现在转轮叶片进水边处;材料为ZG₀Cr₁₃Ni₄CuMo时结构的变形量更小,且质量更轻,更适用于冷却塔水轮机;将转轮的固有频率与各水力激振力频率比较,两者频率值相差较大,发生共振的可能性较小.数值分析结果为冷却塔水轮机强度及振动的校核与预测提供依据,并为转轮结构优化和材料设计提供参考.     

水轮机转轮的有限元计算及裂纹分析

着重介绍水轮机转轮有限元计算的力学模型和计算结果，给出裂纹分析试验的主要结果，最后找出转轮出现裂纹的原因。     

含Ⅰ型边缘裂纹离心叶轮的应力强度因子预测方法

离心叶轮叶片在高速旋转时容易因裂纹扩展出现断裂破坏。由于叶片几何形状和载荷均很复杂,采用公式法计算I型裂纹的应力强度因子不可避免地存在着误差。扩展有限元法分析应力强度因子虽精度较好,但一般要花费大量的计算时间且有时收敛困难。首先基于ABAQUS软件扩展有限元法模块,仿真分析了不同的裂纹起始位置和裂纹长度下的叶片裂纹尖端应力强度因子,得到其与裂纹长度和起始位置的关系。接下来,基于断裂力学理论知识,检验了公式法估算应力强度因子的准确度。最后,以扩展有限元法的仿真结果为训练数据,以叶片裂纹位置和裂纹长度为输入参数,建立了裂纹尖端应力强度因子的多层反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network, BP-ANN)。算例表明,BP-ANN的预测精度优于公式法,并可有效减少扩展有限元法的仿真次数,推进断裂力学在离心叶轮可靠性设计中的应用。     

混流式转轮静强度和振动特性分析

为大型水轮机组的安全、稳定运行,研究了转轮在水介质中的动力特性。运用顺序耦合的方法,分析了在三维旋转流动所产生的水压力作用下转轮体的静强度特性;运用全流固耦合的三维有限元方法进行了转轮在水介质中的模态分析。强度分析结果表明,应力集中的部位与裂纹实际产生的位置完全吻合,但最大等效应力远小于材料的极限破坏应力;模态分析得到转轮在水中的自振频率和振型等振动特性,指出了发生共振的可能性。结果证实了导致裂纹产生的原因不是静应力而是动载荷的作用。     

100t铁水罐热-结构耦合分析与实测验证

应用有限元法分析了某炼铁厂100t铁水罐在满载铁水工况下的温度场,在此基础上采用热-结构耦合法分析了其中所受的热应力及变形情况,并在实际工作中采用红外热像仪测量法和电阻应变片电测法进行验证。结果表明,有限元分析结果与现场测试数据的误差在合理范围内,验证了有限元分析中材料属性、边界条件的合理性及计算结果的正确性;铁水罐整体强度满足要求,但罐壁局部存在较大变形,容易使内衬产生裂缝导致铁水渗漏。     

多分流喷咀叶栅气动变分有限元分析

在蒸汽透平的高压级中,喷咀叶栅的高宽比相当小,一般l/B<1,端损比较严重。为了减少这种损失,本文提出一种新的由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅结构,以改善高压级喷咀叶栅的气动性能。为了对这种多分流喷咀叶栅进行全流场计算,本文采用了较先进的气动变分有限元方法。以国产30万千瓦机组高压第一压力级为例,对实际运行的带矩形加强筋的窜喷咀结构,带锥形加强筋的窄喷咀结构以及由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅结构进行了全流场的气动有限元计算。从计算所得的速度分布曲线可知,带矩形加强筋的窄喷咀结构的气动性能最差,而由主、分流叶片组成的多分流喷咀叶栅的气动性能最好,它是改善蒸汽透平高压级热经济性的有效途径。     

钴基合金静叶片焊接裂纹力学因素研究

采用热弹塑性有限元技术，分析研究了Ｃｏ基Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３１合金静叶片电子束焊接时产生焊接裂纹的力学因素、焊接残余应力、与焊接装夹方式及焊接工艺的关系。结果表明：焊接过程中产生的冷裂纹，主要由于焊接过程中产生的收缩力引起；焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，焊端缝中心是拉应力，而在终焊端则是压应力；焊接速度及焊接线能量都对焊接残余应     

不同裂纹位置焊接接头J积分有限元数值分析

针对焊接接头中母材、焊缝、热影响区的性能各不相同的问题，利用有限元方法，建立了焊接接头有限元计算模型，编写了，积分有限元计算程序。计算结果表明，在平面应变和平面应力两种状态下，焊接接头三个不同裂纹位置的，积分值与全母材和全焊缝材料的，积分值均不相同，但具有一定的规律性；裂纹分别处于焊接接头不同位置时的，积分有限元计算结果也不相同。根据各种情况下的有限元计算结果，结合焊接结构安全评定的工程实际提出了指导意见和建议。     

斜拉桥单向预应力体系索塔锚固区足尺模型试验研究

为研究布置单向预应力的混凝土索塔锚固区的传力机理,明确该类新型索塔锚固区的实际受力状况,以广中江高速公路西江水道桥为工程背景,进行了索塔节段足尺模型试验和有限元数值分析,试验中特制了与实桥一致的平行钢丝索短索,并设计了斜向加载反力梁,以模拟斜拉索的大吨位斜向荷载;试验过程中观测结构的应力、变形以及裂缝发展.研究结果表明:理论分析与试验结果吻合较好,结构在1.2倍设计荷载下仍处在弹性受力状态,主要受力部位未发现裂缝;推算抗裂安全系数为2.04,布置在顺桥向塔壁的单向预应力能够提供足够的压应力储备.     

方圆管固定短芯棒拉拔工艺分析

运用非线性有限元软件ABAQUS对ITER计划导体套管成形工艺进行模拟仿真,得到稳定拉拔阶段的等效塑性应变、轴向和径向应力以及接触压力的分布规律,并分析了拉拔力和拉拔成形过程中能量的分布变化.结果表明,采用优化后的工艺参数拉拔成形时可得到套管内外表面质量较好的产品,从而解决了拉拔工艺中材料内径缩孔和裂纹缺陷的问题.     

大型货车车架失效分析及试验研究

针对某汽车制造企业制造并投放市场的某大型载货汽车在行驶几个月时出现的车架早期裂纹甚至断裂的情况,利用有限元分析软件ANSYS对其进行了有限元建模,模态分析和在路面激励下动态响应分析,并对车架进行多种路况下的动态应变电测试验和振动试验.有限元分析结果表明,路面激励在8Hz附近时,车架应力及位移响应较大.动态试验中车架综合...     

重力坝坝踵断裂扩展模拟方法

混凝土建筑物中的裂纹扩展追踪计算是确定结构安全度的重要手段.本文提出用虚拟裂纹单元及断裂力学准则(应变强度因子)追踪和模拟裂缝初始断裂、扩展并最终导致破坏的过程,给出一条逐段扩展的裂纹线.本方法计算结果与混凝土坝实测资料及模型试验结果吻合较好.     

Formation of internal cracks during soft reduction in rectangular bloom continuous casting

To investigate the formation of internal cracks in GCr15 bearing steels during the soft reduction process in rectangular bloom continuous casting, fully coupled thermomechanical finite element models were developed using the commercial software MSC.MARC, and microstructures and fractographs were also observed. With the finite element models, the contours of temperature, equivalent plastic strain, and equivalent von Mises stress were simulated. It is observed that the fracture surfaces of internal cracks are covered by cleavage or quasi-cleavage facets. The region of internal cracks in the intergranular brittle fracture mode is in the mushy zone between the zero ductility temperature (ZDT) and the zero strength temperature (ZST). The simulated equivalent plastic strain in the crack region is 2.34%-2.45%, which is larger than the critical strain (0.4%-1.5%), and the equivalent von Mises stress is 1.84-5.05 MPa, which is within the range of critical stress (3.9-7.2 MPa), thus resulting in the occurrence of internal cracks. Reducing the soft reduction amount from 3 to 2 mm can lower the stress under the critical value.