动力机械强度和振动(1-2).ppt

一、T型叶根 1 叶根 在I-I截面上为叶根最大拉应力： 在I-I截面上气流力圆周分量 Pu产生弯矩： I-I截面上气流弯应力： I-I截面的截面系数： I-I截面的拉弯合成应力： 若叶片工作部分重心和叶轮旋转中心连线不通过I-I截面的重心，则离心力还要产生弯应力。 叶根AC和BC截面上的剪切应力： 叶根截面abcd和efgh上 的挤压应力： 2 轮缘计算 II-II环形面上的拉应力： 2 轮缘计算 偏心载荷： P力在轮缘II-II截面中引起的弯矩和弯应力： 一个节距长度轮缘的截面系数： 在轮缘II-II截面上的拉弯合成应力： 在轮缘FG截面上的剪应力： 二、凸肩T型叶根 1 叶根强度计算 等同于前一种。 2 轮缘强度计算 增加了支撑反力H。 前面按悬臂梁计算轮缘 强度，现在增加相当于 自由端支撑的凸肩，变 成静不定梁。 利用在凸肩处的挠度近似等于零的变形协调条件，运用卡氏定理求解。 卡氏定理：构件或结构在若干外部载荷Fp1，Fp2，…，Fpn作用下，其内部贮藏的应变能V是载荷Fp1，Fp2，…，Fpn的函数 构件或结构的应变能对于某一个载荷的一阶偏导数，等于这一载荷的作用点处、沿着这一载荷作用方向上的位移。其数学表达式为： 将轮缘视为作用两个集中力H和P的梁，h1、h2段截面形状不同，第一段距离H为x处的弯矩： 相应第一段应变能： 第二段弯矩： 第二段应变能： 第一段截面I-I的惯性矩： 第二段截面II-II的惯性矩： 偏心载荷P： 根据卡氏定理，凸肩处位移为零： 得到 由上式求解出H： 最大弯矩和弯应力发生在I-I截面： 其中，I-I截面的截面系数： I-I截面上的合成应力为： 为I-I截面上的离心拉应力。 在II-II截面上的弯矩和弯应力为： 其中，II-II截面的截面系数： 在II-II截面上的合应力： 三、枞树型叶根 按各齿受力相等的条件计算每个齿上的作用力P： 1 叶根计算 叶根1-1截面的拉应力为： 在叶根2-2截面上的离心拉应力为： 在叶根的第i截面上的离心拉应力为： 另外，在叶根1-1截面上，还可能存在气流弯应力： 2 轮缘计算 根据力的平衡，可以得到轮缘第i截面上的拉应力： 3 叶根或轮缘齿的强度 齿的弯曲应力： 齿的挤压应力： 齿的剪切应力： 四、叉型叶根 多叉、上下两排铆钉、铆钉间隔排列在相邻叶根的接缝上时的强度计算： 1 叶根强度计算 A 叶根I-I截面上的离心拉应力 B 叶根I-I截面承受的弯矩并引起弯应力 C 在I-I截面上气流力产生的弯矩和弯应力 以上三项应力的合力，作用在叶根I-I截面上： 2 铆钉强度计算 铆钉中的剪切应力： 铆钉与叶根部分的挤压应力： 铆钉与轮缘部分的挤压应力： 3 轮缘强度计算 轮缘II-II截面是应力最大的危险截面，它承受的拉应力为： 1-5 高温蠕变 零件在高温和应力作用下长期工作时，虽然应力没有超过屈服极限，也会产生塑性变形，而且这种变形随时间不断增长，这种现象称为蠕变。 叶片蠕变计算是以简单拉伸的蠕变试验结果为基础的。 在保持温度和应力不变的条件下，试样相对变形?和时间t的关系曲线称为蠕变曲线。 ε0 ：初始弹性变形。εcr ：蠕变相对变形。  ：蠕变速度。 蠕变分成三个阶段：1 初始阶段（AB段）：蠕变速度由大到小，金属变形强化。2 恒定阶段（BC段）：蠕变速度保持不变，材料的变形强化与再结晶软化趋势达到平衡。3 破断阶段（CD段）：应力值由颈缩现象而增加，蠕变速度加快，直到发生断裂。 与蠕变有关的两个概念： 蠕变极限：通常把一定温度下、在一定时间间隔内引起一定数量的相对蠕变变形量的应力称为蠕变极限。表示为： 从大量实验结果获得的蠕变变形经验公式： 对于长时间工作情况下，由于蠕变速度是常数，故Ω(t)是时间的线性函数： 式中 σ---蠕变试验中的应力。 由于蠕变引起的塑性变形与应力有关，而沿叶片高度应力是变化的，因此计算叶片径向蠕变量需要沿叶高积分： 例1-5： 1-6 叶片材料与强度较核 一、叶片的工作条件 （1）高温； （2）蒸汽中盐类腐蚀； （3）水滴及颗粒的冲蚀； （4）激振力的作用而振动和疲劳。 二、叶片材料 （1）马氏体、马氏体-铁素体、铁素体钢： 使用温度不超过580摄氏度。 （2）奥氏体钢、铁镍合金、镍基合金等： 使用温度不超过700~750摄氏度。 三、材料许用应力和强度较核 以屈服极限、蠕变极限、持久强度极限为考核基准。 低温时：以工作温度时的屈服极限为基准。 高温时：以蠕变极限和持久强度极限为基准。 考虑安全系数后，得到