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某型涡轮盘破裂转速计算及试验验证

刘璐璐  宣海军  洪伟荣  
【摘要】:采用多线性等向强化模型,使用弹塑性有限元法计算某型涡轮模拟盘的破裂转速,得到应力分布规律,结合平均周向应力法与八面体应变破裂准则计算其破裂转速。结果表明:弹塑性有限元的方法可以准确地描轮盘内部的应力分布:等效应力随半径的增加而减小,在内孔与腹板处等效应力较大,进入塑性屈服状态,而在模拟盘的外缘部分还处在弹性状态,因此,涡轮盘复杂的结构形状决定其子午截面上的周向应力差别较大,采用平均应力法必然带来较大偏差;而弹塑性有限元结合八面体应变破裂准则,以最大八面体剪应变达到极限应变作为破裂准则,这样计算得到的破裂转速比平均应力法得到的更小。这是由于轮盘的应力分布不均匀,轮盘内孔处应力很大,边缘处应力较小,不可能按照平均周向应力法的假设,在整个子午截面上达到均匀应力,而是会在内孔最先达到强度极限,产生裂纹,进而导致轮盘的整体破裂,因此,弹塑性有限元计算结合八面体应变破裂准则比平均应力法能更加准确的计算轮盘的破裂转速。试验验证时,模拟轮盘由于塑性变形而导致内孔胀大,与超速工装配合松动后飞出。可见,材料韧性很好的轮盘,首先发生的是塑性变形过大,导致其失去工作性能。此时不能再用破裂转速安全评定准则,而应结合塑性变形量评定方法。

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