用ansys正交各向异性材料特性和循环对称法对汽轮机整圈叶片振动分析

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1、用Ansys正交各向异性材料特性和循环对称法对汽轮机整圈叶片振动分析1张军辉孙义冈丁旭东陈金铨隋永枫摘要：汽轮机末级叶片的安全问题制约着单机装机容量的扩大，大大影响了大容量汽轮机的发展。而影响安全问题的关键是叶片的动应力比较大，调频困难。针对长叶片目前国内外普遍采用的是整圈自锁结构，但是此结构的频率计算往往采用节点耦合方法近似模拟接触情况。本文采用Ansys正交各向异性材料特性代替叶片间的非线性接触特性模拟围带凸台间相对滑移的特点，以及循环对称方法计算汽轮机整圈叶片的振动模态。关键词：汽轮机叶片；整圈

2、自锁；正交各向异性；循环对称；AnalysisofsteamturbinebladevibrationwiththewholecircleofAnsysorthotropicmaterialpropertiesandcyclicsymmetrymethodZhangJunhuiSunYigangDingXudongChenJinquanSuiYongfengAbstract:Thesecurityproblemoflaststagebladeofsteamturbineisrestrictingthe

3、expansionofinstalledcapacityofsingle,greatlyinfluencedthedevelopmentoflargecapacitysteamturbine.Thekeytoaffectthesafeproblemisthedynamicstressofbladeisrelativelylarge,FMdifficulties.Aimingatthelongbladearewidelyusedathomeandabroadisinterlockedstructure,

4、butthestructureofthefrequencycalculationoftenusethenodecouplingmethodtosimulatethecontactsituation.ThispaperusestheAnsysorthotropicpropertiessimulationcharacteristicsofrelativeslipbandsaroundthebossesofthenonlinearcontactcharacteristicsbetweentheleavesi

5、nstead,vibrationmodeandcyclicsymmetrymethodtocalculatethewholecirclebladeturbine.Keyword:Steamturbine,interlockedblades,unwistangel,VibrationpropertyKeywords:steamturbineblade;integralshroudedblade;orthotropic;cyclicsymmetry一前言汽轮机末级叶片的安全问题制约着单机装机容量的扩大，大

6、大影响了大容量汽轮机的发展。而影响安全问题的关键是叶片的动应力比较大，调频困难。针对长叶片目前国内外普遍采用的是整圈自锁结构（单只叶片三维模型见图1），当汽轮机运行时依靠离心力反扭矩相邻围带与凸台进入接触，到一定转速后锁紧形成整圈自锁结构。但现今，此结构的频率计算往往采用节点耦合方法近似模拟接触情况，这样有时候会带来物理模型的模拟误差。本文采用Ansys正交各向异性材料特性代替叶片间的非线接触特性模拟围带凸台间相对滑移的特点，以及循环对称方法计算汽轮机整圈叶片的振动模态。二正交各向异性材料特性及循环对

7、称方法如果材料的机械属性在所有方向上都相同，则该材料为各向同性。各向同性材料的弹性属性由弹性模量(EX)和泊松比(NUXY)定义，因此切变模量（GE2(1Nu)）也就是一个定值。如xyxxy图1单只叶片三维模型果材料的机械属性在三个相互垂直的基准轴方向上都是单值的且独1张军辉（1982-），男，工程师，硕士，杭州汽轮动力集团有限公司1立的，则该材料为正交各向异性，GXY与EX和NUXY是独立的。本文也正是利用GXY独立于EX和NUXY的特性（通过添加一小块具有此材料特性的虚拟实体，见图2和图3）来

8、替代叶片间非线性接触特性模拟围带凸台间相对滑移的特点，并且用接触算法计算强度的结果来指导修正这块添加的材料特性，相对合理准确。在Ansys里通过定义正交各向异性材料（orthotropic）如下：*SET,EL1,******SET,NL1,******SET,GL1,*****EX,1,EL1EY,1,EL1EZ,1,EL1PRXY,1,NL1图2围带处添加正交各向异性材料PRYZ,1,NL1PRXZ,1,NL1GXY,1,GL1GYZ,1,GL1GX