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汽輪機葉片長期運行在極為復雜的工作條件下，并在運行中承受著拉力、扭力和振動應力等組成的復雜應力。汽輪機的葉片通過葉根與轉子上的葉輪和輪緣聯接在一起作高速旋轉，對于葉片、葉輪等強度分析，最早是用建立在理論分析基礎上的簡化公式或經驗公式進行分析計算的，需要對模型進行大量的簡化工作，將葉片簡化為葉根固定的變截而梁，輪緣按作用有離心載荷的三維實體進行強度分析。對于強度問題而言，由于葉片自身的強度問題往往涉及葉根與輪緣甚至銷釘之間的相互作用，既難以通過解析方式求解，也很難以一種工程簡化方法精確分析。
有限元分析方法為解決這些復雜的設計分析計算問題提供了有效的手段。有限元應力分析可用于確定結構在外部載荷作用下所引起的應力應變，用于靜強度校核、耐久性分析、損傷容限分析、設計階段研制試驗項口選擇、關鍵部位的確定、材料選擇、強度驗證試驗中載荷情況確定等，同時也是整機和部件傳力分析的重要依據。而使用數值訓一算可以通過材料的彈塑性模型、接觸分析等技術對工程實際中的擠壓變形、過盈裝配等進行一定程度上的逼近，較好模擬工程實際的效果。
本研究對一種帶銷釘鉚接結構的135MW汽輪機高壓級封口末葉片進行三維有限元強度分析，基于分析結果進行結構優化，尋求封口末葉片的最優設計方案。
T型或雙倒T型葉根是汽輪機常見的葉根形式，常用于汽輪機高中壓級，在這些級，封口末葉片可采用插入式的鉚接結構，如圖所示。同T型葉根相比，有銷釘的鉚接結構的葉根和輪緣由銷釘連接起來，銷釘孔減弱了承載截而的強度和剛度，而且受力接觸而比T型葉根要小。在汽輪機運行時，這些因素都使得封口末葉片的葉根應力可能大于其它葉片的葉根應力，在結構設計不合理或加工制造不符合要求時，極易造成葉根損壞或銷釘斷裂等安全事故。
本研究針對某135 MW汽輪機高壓級封口末葉片進行強度分析和結構優化的研究。該級汽輪機動葉片150只，由于結構對稱，取如圖所示的一個基本結構扇區進行研究。此末葉片長度215 mm，葉根和輪緣由兩根直徑為13 mm的銷釘鉚接起來。
本研究應用非線性有限元分析軟件MSC.MARC對末葉片進行強度分析和結構優化的研究。采用分塊建立模型的方法，用八節點六而體單元分別對圍帶、葉片、葉根、輪緣以及銷釘進行建模，然后將圍帶，葉片和葉根采用粘接方式聯接成為整體。葉片整體和輪緣，輪緣與銷釘，銷釘與葉根均采用一般接觸模型。采用結構化網格建模，在接觸區域進行了必要的細化。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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