基于断裂力学的离心压缩机叶片疲劳寿命研究

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1、硕士学位论文基于断裂力学的离心压缩机叶片疲劳寿命研究TheFatigueLifeStudyofCentrifugalCompressorsBladeBasedontheFractureMechanics学21104075完成日期：2014．5．8大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用

2、途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文题目幽幽业盗达建竖巨主盛垒埴龟趣整丕聋缉丞．作者签名：—7豸甚孑生，_善·一日期：3婵年—么月名一日大连理工大学硕士学位论文摘要离心式压缩机在天然气运输中占有重要地位，其设计制造水平标志着国家重大制造装备业的水平。压缩机叶片的制造代表着压缩机水平的最高技术，叶轮中的叶片是压缩机故障的主要发生部位。叶片的主要故障以裂纹的形式出现，其疲劳寿命是压缩机设计过程中比需要解决的问题。本文针对某大型离心式压缩机叶轮叶片，采用FLUENT模拟压缩机工作下的

3、叶片上的载荷分布，并将得到的结果在ANSYS中与叶轮模型进行耦合，分析叶轮叶片在不同工况下的应力分布，并且对叶片在正常工况、失速和喘振发生时的应力也进行分析，得到了叶片的基本应力情况，发现叶片与叶盘及盖盘的连接处应力比较大，属于危险区域。叶片疲劳裂纹扩展主要的影响因素是裂纹尖端的场的分布，包括应力场及位移场。在对裂纹尖端场的影响因素中应力强度因子是决定裂纹开裂及停止的主要因素。本文针对该型号压缩机，对叶轮叶片在有裂纹情况下的裂纹尖端的场的分布进行研究，得到边缘及内部裂纹尖端场的分布情况，发现内部裂纹尖端场的情况与边缘裂纹相似，并比边缘裂纹减

4、小30％．45％。本文的第四章、第五章在基于断裂力学的基础上，通过分析叶片的断面图像，总结出叶片疲劳裂纹萌生的位置及断口特征。针对PCL81型压缩机叶片通过实验的方法求得其S-N曲线，通过建立裂纹扩展速率模型分析该叶片在不同应力比下的裂纹扩展速率、疲劳寿命及剩余疲劳强度，发现压缩机在正常工况下裂纹扩展比较缓慢，在失速和喘振工况下，裂纹扩展比较快。本文的研究成果不仅求得了裂纹在不同工况下的扩展速率，而且对压缩机的设计与制造具有一定的参考意义。关键词：离心式压缩机；失速和喘振；应力强度因子；裂纹扩展速率；疲劳寿命基于断裂力学的离心压缩机叶片疲劳

5、寿命研究TheFatigueLifeStudyofCentrifugalCompressorsBladeBasedontheFractureMechanicsAbstractCentrifugalcompressorplaysanimportantroleinnaturalgastransportandthedesignandmanufacturinglevelofcompressormarksthelevelofthecountrysignificantmanufacturingequipmeritindustry．Manufacture

6、ofcompressorbladerepresentsthehighestlevelofcompressortechnology．Impellerbladeisthemainfailurepartsofacompressor．Themainfaultformofthebladeiscrack．Fatiguelifeofcompressorneedstoberesolvedindesignprocess．Thispaperstudiesforalargecentrifugalcompressorimpellerblade．Theloaddis

7、tributionofcompressorbladeisemulatedusingFLUENT．AndtheobtainedresultscoupledwiththeimpellermodelinANSYS．Analysisofimpellerbladestressdistributionindifferentconditionsofisdeveloped．Normalcondition，stallandsurgestressesofbladeisalsoanalyzedandthebasicstresssituationofbladeis

8、obtained，andfmdthatthestressonjointofbladeandsepal／coverplateislarger，theseareasbelongtot