基于多轴非线性连续损伤模型的汽轮机转子低周疲劳损伤分析
核电汽轮机低压转子技术的发展
核电汽轮机低压转子技术的发展随着能源结构的不断调整和优化，核电作为一种清洁、高效的能源形式在全球范围内得到了广泛应用。
汽轮机作为核电系统中重要的组成部分，其性能的优劣直接影响到整个核电系统的运行。
其中，低压转子技术作为汽轮机的重要组成部分，其发展受到了广泛。
本文将就核电汽轮机低压转子技术的发展进行探讨，以期为相关领域的研究提供参考。
核电汽轮机低压转子技术当前面临的问题与挑战低压转子是汽轮机中转速最高的部件，对于其性能和稳定性的要求非常高。
然而，当前核电汽轮机低压转子技术在设计和运行过程中仍存在一些问题。
转子材料的性能和加工工艺直接影响了低压转子的稳定性和耐用性。
在设计过程中，如何提高转子的气动性能和效率也是一个重要的问题。
转子的振动和疲劳问题也是制约其发展的难题之一。
为了解决上述问题，学界进行了大量的研究。
例如，某研究团队通过优化转子材料和加工工艺，成功提高了低压转子的稳定性和耐用性。
同时，采用新的设计理念和方法，实现了转子气动性能的提升。
通过应用新的数值模拟技术和测试手段，对转子的振动和疲劳性能进行了有效的优化。
这些研究成果为核电汽轮机低压转子技术的发展提供了强有力的支持。
尽管核电汽轮机低压转子技术的发展前景光明，但仍有一些人持有反对意见。
其中，一些人认为核电汽轮机的效率较低，对环境影响较大。
对此，我们认为，随着技术的不断进步，核电汽轮机的效率已经得到了显著提升，同时通过合理规划和运行，可以有效降低核电对环境的影响。
核能作为一种大规模、稳定的能源供应形式，对于满足全球能源需求具有重要意义。
在应对气候变化和实现可持续发展方面，核电也发挥着不可替代的作用。
核电汽轮机低压转子技术的发展对于提高核电系统的性能和稳定性具有重要意义。
通过不断地研究和创新，我们相信低压转子技术的瓶颈将会被逐渐打破，迎来更为广阔的发展前景。
为了推动核电汽轮机低压转子技术的进一步发展，我们建议加强以下几个方面的研究：深入研究转子材料的性能与加工工艺，提高其稳定性和耐用性；强化设计理念与方法的创新，实现转子气动性能的优化；充分利用现代数值模拟技术和测试手段，对转子的振动和疲劳性能进行精确评估与优化；开展核电汽轮机低压转子技术的安全性和可靠性研究，确保其在各种工况下的稳定运行；加强国际合作与交流，共同推进核电汽轮机低压转子技术的发展。
汽机高温蠕变和低周疲劳对转子寿命的影响.
汽轮机转子低周疲劳与高温蠕变的寿命计算及应用前言随着经济的快速发展，我国电力行业已经发展到历史上最为辉煌的时期。
电力工业是现代化国家的基本工业，电力生产量更是一个国家家经济发展水平的重要指标。
截止到2009年底，我国总装机容量达到87407万kw，超超临界压力1000mw机组已有数十台投入运行。
与此同时，国家对于节能减排的重视，使得我们面临新的机遇，新设备，新技术的不断涌现，同时也给我们提出了更高的要求。
目前各国都不同程度的遭遇或将遭遇的主要问题是电网发电量不足、电峰谷差逐渐增大及火电机组老化等[2][3]。
因此，世界各主要发达国家都非常重视火电机组寿命管理的研究，尤其是研究汽轮机转子寿命评估。
对此作了大量的工作，并取得不少成果。
目录摘要 (1)第一章绪言1．1 课题意义 (2)1．2 汽轮机转子寿命研究现状 (3)1．3 目前存在的问题 (3)第二章本文的研究内容2．1 研究对象 (4)2．2 研究内容 (5)第三章转子热应力的计算模型3. 1 转子温度场的数学模型 (7)3. 2 应力场的数学模型 (10)3. 3 有限元理论分析 (12)第四章转子蠕变损耗寿命4．1 金属疲劳机理及高温力学性能的研究 (14)4．2 材料硬度和机组蠕变寿命损耗之间的关系 (16)4. 3 蠕变寿命损耗计算 (18)第五章转子低周疲劳寿命损耗计算5 .1 汽轮机转子低周疲劳失效 (21)5. 2 转子低周疲劳损伤及寿命计算 (23)第六章疲劳——蠕变计算的应用及价值6.1 疲劳——蠕变计算的应用及价值 (24)结论 (25)参考文献 (25)摘要现代化的电力系统，电力负荷峰谷差及总量逐渐增大，高参数、大容量的火电机组在今后必将参与调峰。
这就对汽轮机组提出了更高的要求，为了满足电网的需求，从运行的经济方面说这样的快速启停可以降低机组的热量损失，从而使得机组运行更经济。
与此相矛盾的是机组快速启停必将导致发电设备在此过程中遭遇热冲击，使得机组的寿命损耗增大，这又是非常不合理及不安全的。
汽轮机转子缺陷分析和安全性评估
汽轮机转子缺陷分析和安全性评估陈延强,杨灵,杨长柱,张元林(东方电气集团东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:文章以线弹性断裂力学为基础,结合国内外相关含缺陷转子安全性评估方面的研究,编制了汽轮机转子缺陷评估方法。
以某联合循环汽轮机高压转子为例进行安全性评估,结果表明在正常运行工况下,这些缺陷不会引起一次性断裂且缺陷的疲劳裂纹扩展次数远远大于机组要求的寿命次数。
关键词:缺陷,临界裂纹,裂纹扩展中图分类号:TK262文献标识码:A文章编号:1674-9987(2023)04-0001-04 Defect Analysis and Safety Assessment of Turbine Rotor CHEN Yanqiang,YANG Ling,YANG Changzhu,ZHANG Yuanlin(Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:Based on linear elastic fracture mechanics and domestic and foreign research on safety evaluation of defective rotors,a method of turbine rotor defects evaluation is developed in this paper.Taking a high pressure rotor of combined cycle turbine as an example,the safety evaluation results show that these defects will not cause one-time fracture under normal operation conditions and the fatigue crack propagation times of defects are far greater than the required life times of the unit.Key words:defects,critical crack,crack propagation第一作者简介:陈延强(1989-),男,硕士研究生,工程师,毕业于大连理工大学固体力学专业,现从事于转子轴承设计研发工作。
基于连续损伤力学的Ti-6Al-4V钛合金高低周复合疲劳损伤研究
摘要航空发动机压气机叶片在实际工作中主要承受两个方向的载荷，一个是叶片在高速旋转时产生的沿叶片展向的低频高应力的低周载荷，另一个是环境中不均匀且不稳定流场造成的垂直于叶片的高频低应力的高周振动载荷。
所以压气机叶片的疲劳实际上是低周载荷叠加高周振动载荷的复合疲劳问题，压气机叶片在高低周复合疲劳载荷的作用下发生疲劳失效。
Ti-6Al-4V钛合金材料由于其具有强度高、密度小、耐蚀性好等特点，一直是压气机叶片主要使用的材料。
因此研究建立Ti-6Al-4V钛合金材料的高低周复合疲劳损伤寿命预测模型，并利用该模型进行压气机叶片的高低周复合疲劳损伤寿命预测具有重要的研究意义。
本文首先在连续损伤力学理论和不可逆热力学的基础上，推导建立了低周疲劳损伤模型、高周疲劳损伤模型和考虑高低周疲劳交互作用的高低周复合疲劳损伤模型。
选择确定了非线性各向同性硬化模型和Chaboche非线性随动硬化模型组成的混合硬化模型来描述Ti-6Al-4V钛合金材料的弹塑性循环行为。
高低周复合疲劳损伤模型与混合硬化模型一起构成了Ti-6Al-4V钛合金材料的高低周复合疲劳损伤寿命有限元预测模型。
其次，开展了Ti-6Al-4V钛合金材料的单轴拉伸、低周疲劳和高周疲劳试验。
根据试验结果和数据，拟合获得了Ti-6Al-4V钛合金材料的高低周复合疲劳损伤寿命有限元预测模型的模型参数，从而得到了完整的预测模型。
将高低周复合疲劳损伤模型编写为USDFLD子程序耦合到ABAQUS有限分析软件中，分别对低周疲劳损伤模型和高周疲劳损伤模型进行了验证分析，与试验结果对比发现，低周疲劳损伤模型平均预测误差为3.878%，高周疲劳损伤模型平均预测误差为7.55%，模型预测结果与试验结果吻合良好。
通过逆向建模的方法构建了压气机叶片的三维实体模型，并模拟了在最大转速为1440rpm、垂直于叶面的高周疲劳载荷幅值为0.5MPa的载荷条件下，不同高低周疲劳载荷循环比时的高低周疲劳损伤演化过程。
大型火电机组汽轮机转子寿命损耗的分析与研究
＋ Ｂ （ ） 专 ＋ 毒≤
式中 ， 为汽轮机 组 的启 停次 数 ； Ｎ 为转子 的低 周 疲劳 寿命 ； ｔ 为机组的累计 运行 时间 ； ｔ Ｒ为转子 的蠕变 寿命 ； Ｂ为低 周疲 劳
和 蠕 变 间 的影 响 系 数 。
式 中， ｅ为总 应 变 幅度 为 应 变 幅 度 的 弹 性 分 量 ； ｅ 为 应 变 幅 度 的 塑性 分 量 ； ， 为疲劳强度系数 ； ｂ为 疲 劳 强 度 指 数 ； ｅ ， 为疲 劳延 性 系数 ； Ｃ 为 疲 劳 延性 指数 ； Ｅ为弹性模 量 ； 为 低 周 疲 劳 寿命 。 而应 变 幅度 可 根 据 Ｍａ ｓ ｏ ｎ － Ｃ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ公 式 分 解 为 弹 性 应 变 幅
重 茎 鱼 坚 里 量 竺 ｚ ｎ ｕ ａ ｎ ｇ ｂ ｅ ｎ ｇ Ｙ 。 ｎ ｇ ｖ ｕ Ｙ ａ ｕ
子的低周疲劳寿命 损耗起到了决定性 的影响 。因此 ， 对 于汽轮 机转子的低周疲劳损耗 ， 可 以根据 局部应力相 同的疲劳 寿命 曲 线进行计 算 。 目前在进行汽轮机转子低周疲劳损耗 的计算 中， 所用 的金 属疲劳 曲线 和计 算 公 式各 不 相 同 ， 但 均 比较 倾 向 于 Ｍａ ｎ ｓ ｏ ｎ － Ｃ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ公式所列 的低周疲劳损耗表达式 ：
电力 出版社 ， １ ９ ８ ８
２ ． ２ 转 子 蠕 变 损 耗 及 计 算 方 法
［ ２ ］史 进 渊． 大 功率 电站 汽轮 机寿 命预 测与 可靠性 设 计［ Ｍ］ ． 北京 ：
中 国电力 出版社 ， ２ ０ ０ ２
汽轮机转子 除了易受 到低周疲 劳损伤外 ， 还会 受到蠕变 损
的程度就会 越大 。虽然在转子寿命 的损耗 中 ， 低周 疲劳损 耗 占
周向均布拉杆转子低周疲劳寿命研究
周向均布拉杆转子低周疲劳寿命研究张青雷;黄魏平;陈堰芳【摘要】以周向均布拉杆转子为研究对象,综合考虑温度载荷和离心载荷的耦合作用,采用有限元法对拉杆转子启动、稳定运行与停机过程的耦合应力进行计算,依据Miner累积疲劳准则对转子不同启停工况下的疲劳寿命进行分析.研究结果表明:在启动与停机过程中透平鼓筒内倒角处应力集中明显,是拉杆转子疲劳损耗的危险位置;不同工况转子疲劳损耗存在明显的区别,其中冷态启停工况下的寿命损耗最大,每次启停的损耗达到了0.116％,温态启停每次损耗为0.056％,热态启停工况寿命每次损耗仅为0.032％.研究可为周向均布拉杆转子的设计制造及其疲劳寿命的预测提供参考.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P238-242)【关键词】拉杆转子;热固耦合;应力场;疲劳损耗【作者】张青雷;黄魏平;陈堰芳【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK263.6作为燃气轮机核心部件，拉杆转子处于高温、高压、高转速的工作环境。
转子在实际运行过程中，会有几种不同的启停工况，变工况运行时，其内部热-结构场分布变化较大，容易引起转子低周疲劳。
低周疲劳应力水平高，致裂循环次数低，其对转子疲劳断裂的影响不容忽视。
因此，对转子在不同工况下进行低周疲劳寿命分析是非常重要的。
近年来很多学者对转子的应力和疲劳损耗方面作了大量的研究。
文献[1]采用有限元法及临界平面法对某型汽轮机转子高温多轴疲劳进行了研究。
文献[2]分析了在尾流激振的作用下转子叶片高周疲劳寿命的影响参数。
文献[3]在一定的假设及实验基础上，采用载荷史寿命评估方法对汽轮机转子低周热疲劳寿命进行了分析。
文献[4]建立了热固耦合双向计算模型，比较了其与单项模型对温度场和应力场的差异，论证了热固双向耦合模型对转子热应力计算的合理性。
12Cr1MoV钢低周疲劳损伤研究
12Cr1MoV钢低周疲劳损伤研究
王卫国;郑雯
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2005(013)002
【摘要】为了预测锅炉、压力容器的整体寿命,用连续介质损伤力学理论研究了工程材料的低周疲劳损伤演变过程.采用循环应力幅定义损伤变量D,根据有效应力概念,建立了低周疲劳各向同性连续损伤模型,并通过控制应变的疲劳试验,用该模型对锅炉常用材料12Cr1MoV钢试件进行了疲劳损伤的测量.研究表明,当循环进行到80%寿命时,损伤进入局部化阶段,宏观裂纹开始形成,较好地验证了损伤演变模型;所建立的模型形式简单,参数少,易测量,具有明确的物理意义,对锅炉的寿命估算有参考价值.
【总页数】3页(P193-195)
【作者】王卫国;郑雯
【作者单位】山东大学,机械工程学院,山东,济南,250061;山东大学,机械工程学院,山东,济南,250061
【正文语种】中文
【中图分类】O346.2
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1.基于多轴非线性连续损伤模型的汽轮机转子低周疲劳损伤分析 [J], 张磊;杨自春;曹跃云
2.高载荷作用下Ti6242钛合金低周疲劳和保载疲劳损伤行为分析 [J], 张明达; 曹京霞; 隋楠; 周毅; 黄旭
3.考虑低周疲劳损伤效应的钢筋混凝土柱Park-Ang损伤修正模型 [J], 朱汉波;缪长青;白六涛;邵越风
4.岩石低周疲劳损伤模型与损伤变量表达方法 [J], 李树春;许江;陶云奇;唐晓军;杨红伟
5.低周疲劳过程损伤变量的复合分析法和三阶段损伤演化模型 [J], 吴健栋;蔡志鹏;汤之南;李克俭;王梁;潘际銮;霍鑫;许晓进
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涡轮叶片高低周疲劳分析方法总结论文综述
本次毕业设计论文的内容是涡轮叶片高低周疲劳分析方法的总结与对比。
涡轮叶片是航空发动机工作环境最恶劣 ,结构最复杂的零件之一 ,也是发动机断裂故障多发件之一。
由于发动机工作时涡轮叶片始终在高温下承受复合载荷的作用，因此它的高周疲劳寿命和低周疲劳寿命的计算至关重要。
高周疲劳是指破坏循环数大于104~105的疲劳，高周疲劳的情况下，其应力水平低于弹性极限，没有明显的宏观塑性变形，应力与应变呈线性关系。
低周疲劳是指破坏循环数小于104~105的疲劳，低周疲劳的情况下，其应力水平高于弹性极限，有明显的宏观塑性变形，应力与应变呈非线性关系。
在《高周疲劳和低周疲劳统一的能量表征方法研究》一文中，对高周疲劳和低周疲劳预测模型进行了研究，提出了一种能够将高周疲劳和低周疲劳统一表征的能量形式参量。
用统一的能量形式表征参量对高温合金GH141的760摄氏度高周疲劳和低周疲劳数据进行处理，得到理想的能量-寿命方程。
用1Cr11Ni2W2MoV 钢500摄氏度和粉末盘材料FGH95d 600摄氏度高温低周疲劳和高周疲劳数据对统一表征方法进行验证，验证结果表明，用能量形式的表征参量能够得到理想的能量-寿命方程。
疲劳试验通常可以通过控制应变或控制应力来进行。
按照控制方式可以将疲劳分为应力疲劳和应变疲劳。
材料发生了塑性变形进入屈服阶段后，小的应力变化将引起大的变形，此时进行疲劳试验时多采用应变控制，材料的疲劳寿命一般比较短，因此通常也叫低周疲劳而当材料在没有进入屈服阶段前，采用应力和采用应变都可以进行疲劳试验，通常控制应力来进行疲劳实验，材料的疲劳寿命一般比较长，因此，通常也叫高周疲劳。
三参数幂函数能量方法寿命预测模型：采用应力控制的方式进行高周疲劳实验，用应力参量来表征高周疲劳的寿命特征；采用应变控制的方式进行低周疲劳实验，用应变参量或能量参量来表征低周疲劳的寿命特征。
如果能够用能量参量来表征高周疲劳的寿命特征，那就可以将高周疲劳和低周疲劳统一起来用一个表征参量进行表征，从而就不需将疲劳划分为高周疲劳和低周疲劳，但能量表征同时需要应力和应变参量。
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摘要： 针对 当前汽轮机转 子低周疲劳损伤分析存在较大误差的问题 ， 引入 了非线性连续 损伤力学理论 ， 并结合多轴
疲劳损伤的临界面原理 ， 建立了多轴非线性连续损 伤累积模型 。基于该模 型 ， 结合某 型船用汽轮机转 子典型工况 下的瞬态温度场和热应力场 的弹塑性有限元分析结果 ， 复杂应力引起 的转子低周疲 劳损伤进行分析 ， 对 并与等效
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分 类 号 ：２ ３６ Ｖ ６ ． 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ １５ ８ （０ １ ０ －１０ ５ １０ － ４ ２ １ ）２０ １－ ８ ０
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应变法的寿命预测模型和线性损伤累积模型进行 了比较 。结果 表明 ： 于临界面法 的非 线性 连续损伤 累积模 型 ， 基
不仅考虑了多轴复杂应力应变 的大小 、 向和加载 的附加强 化效应 的影 响 ， 方 而且正确地 反映 了转子低周 疲劳损伤
的非线性 累积过程 ， 其分析结果更接近于工程实际 。 关 键 词 ： 轮 机转 子 ； 汽 多轴 疲 劳 ； 临界 面 ； 命 预 测 ； 伤 累 积 寿 损
Ｚ ＨＡＮ ｅ ． ＡＮＧ Ｚ ．ｈ ｎ． Ａ０ Ｙｕ —ｕ Ｇ ＬｉＹ ｉ ｕ Ｃ ｅｄ ｏｅ，ａａＵ ｉ ｒｔｏ Ｅｇ ｅｒ ｇＷｕａ ０３ ，ｈ ａ） Ｓｈｏ ｏＮ ｖ ｃ ｔ ｔｅ ｎ ｗｒＮｖ ｎ ｅｉ ｎｉ ｅｎ ， ｈｎ ３０３Ｃｉ ｌｆ ａ Ａ ｈｅ ｕ Ｐ ｌ ｖ ｓｙ ｆ ｎ ｉ ４ ｎ
第５ ３卷 第 ２期
２１ ０ １年 ４月
汽
轮
机
技
术
Ｖ０ ． ３ Ｎｏ ２ １５ ． Ａｐ ． ０１ ｒ２ １
ＴＵＲＢＩ ＮＥ ＥＣＨＮＯＬ ｒ ０ＧＹ
基 于多轴 非线 性 连续 损伤 模 型 的汽轮 机 转 子 低 周 疲 劳 损 伤 分 析
张 磊 ， 自春 ， 跃云 杨 曹