有限元单元类型对汽轮机长叶片应力计算的影响.pdf

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1、第43卷第1期Vo1．43No．12014年3月Mat'．2014有限元单元类型对汔轮栅长叶应力计算的H~iglH谈尚炯，程凯，顾璐寅，刘岩(1．上海汽轮机厂有限公司，上海200240；2．上海电气电站设备有限公司，上海200240)摘要：在应用FEA软件对汽轮机长叶片进行结构分析时，在网格质量有所保证的情况下，单元类型的选择也会对计算结果的精确性产生明显的影响。以ABAQUS为计算工具，分别采用一阶线性的完全积分单元、非协调单元与减缩积分单元对简化的汽轮机长叶片模型进行了分析，结果表明，三种网格单元类型下的计算结果有较大差异，目前使用的减缩积分

2、单元能够较好地分析长叶片的受力状态。但是，在网格质量有差异以及受力更加复杂的情况下，如何选取单元类型还有待进一步分析。关键词：汽轮机；长叶片；有限元；单元类型中图分类号：TK263．3文献标识码：A文章编号：1672—5549(2014)叭一0041—05InfluenceofElementTypeonStressCalculationofTurbineBladeTANShang-jiong，CHENGKai，GULu．yin’，Yah(1．ShanghaiTurbineWorksCo．，Lld．，Shanghai200240，China；2．S

3、hanghaiElectricPowerGenerationEquipmentCo．，Ltd．，Shanghai200240，China)Abstract：DifferentelementtypeshaveinfluenceOntheaccuracyofstresscalculationofturbinelast—stagebladeunderthesamemeshquality．UsingtheABAQUSsoftware，thesimplifiedturbinebladeisanalyzedbylinearfull—integrationel

4、ement，incompatiblemodeelementandreduced—integrationelementspecifically．Theresultsshowthatdifferentelementtypesleadtosignificantdifferenceinbothstressanddisplacement．Reduced—integrationelementismostsuitableforanalyzingturbinelast—stageblade．However，thesituationundermorecomplic

5、atedstressstateorbadmeshqualityneedtobefurtherstudied．Keywords：steamturbine；last-stageblade；FEA；elementtype在使用商业有限元软件进行长叶片应力计实际情况的结果。所以，对这三种网格类型进算的过程中，网格划分是重要的组成部分，网格行深入分析，找出究竟何种网格类型适用于长的质量与单元类型直接影响到计算结果的精确叶片的应力计算，这对提高长叶片应力结果的性。在长叶片应力计算的前处理中，已经形成精确性有较大的工程意义。了较为规范化的网格划分方法，即尽量采

6、用线性八节点六面体单元对叶片大部分规则区域划1研究问题描述分结构化网格，在非规则区域辅以少量四面体与五面体非结构网格，以保证网格的合理过渡完全积分单元，是指当单元具有规则形状时，与整体质量。但是，在实际的长叶片有限元计所用的高斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中算中发现，不同的网格单元类型也会导致计算的多项式进行精确积分¨]。但是，当承受弯曲载结果的差异，尤其是分别使用完全积分单元、减荷时，线性完全积分单元会出现剪切闭锁问题，造缩积分单元与非协调单元时，应力差异最大可成单元过于刚硬。剪切闭锁的原理如图1所示。达30％以上，甚至跨越屈服极限。这说明，

7、这三发生剪切闭锁时，即使网格划分很细，计算精度仍种单元类型在计算所得的应力中，存在不符合然很差。收稿日期：2013—07—05修订日期：2013—12—25作者简介：谈尚炯(1987)，男，毕业于上海交通大学，硕士研究生，助理工程师，现在上海汽轮机厂有限公司特殊透平与通流叶片研究所从事汽轮机长叶片结构强度研究工作。$lll■■第l期有限元单元类型对汽轮机长叶片应力计算的影响3)使用细化的网格。一方面，这只能缓解剪切闭锁问题的发生，而不能从根本上解决问题；另一一一方面，在长叶片的有限元计算过程中，为了控制计算规模，网格数量会受到限制，因而单元尺寸不

8、图1完全积分单元在弯矩作用下的变形示意图可能任意缩小。相反，减缩积分单元可以避免剪切闭锁问题限制沙漏模式的方法有：的发生。减缩积分单元是