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低周疲劳和论槽及叶根应力
低周疲劳与轮槽及叶根应力
○疲劳的基本概念
○LCF的基本概念
○真应力与真应变
○循环载荷下之 行为
○材料LCF性能曲线一Coffin-Manson曲线
○ST的轮槽与叶根
○Ling A0 1号机LP轮槽问题。
○应力计算与可靠性评估
○三方观点
关于疲劳的基本概念
概念:疲劳系指在循环载荷作用下,在构件某点开始产生局部的,永久性的损伤积累。
2、三个阶段:(1)微观裂纹扩展阶段:由于内部微观组织不均匀,在循环载荷作用下,薄弱环节先形成微观裂纹,沿与主应力成45°的最大剪应力向扩展,微观裂纹长约0.05MM以内。(2)继续循环,微→宏,沿主应力线上方向扩展,用电镜可观察到疲劳条带。(3)瞬时断裂
3、疲劳寿命:微裂→宏裂(约0.2-1.0MM):裂纹形成寿命
宏裂→破坏:裂纹扩展寿命
总寿命为二者之和
4、分类:
(1)高周疲劳:破坏次数104~105,一般出现于振动元件,传动轴,特点是应力较低,在弹性范围.
(2)低周疲劳:破坏次数104~105,处于塑性状态,也称应变疲劳。
(3)混合疲劳:破坏次数约104~105,二者的综合。
5、裂纹扩展规律:
高周——线弹性断裂力学研究
低周——弹塑性断裂力学研究
6、疲劳性能
7、存活率概念:疲劳寿命分散性大(材料内部组织不均匀性也有概率问题),必须统计分析。
存活率P,破坏率(1-P),故S-N或-N曲线前常标以存活率。P-S-N,表示存活率为P的SN曲线,一般用P=50%时算中值存活率。
8、积累损伤理论
N周期内有K级应力水平……;各级之循环数为n1,n2……nk,令N1,N2……NK为各级单独作用时之疲劳寿命,则各级所作贡献为:……,当 时,破坏。
9、腐蚀和疲劳
应力腐蚀:金属在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂:如炭钢和低合金钢在含硫化氢或海水中最易产生。
腐蚀疲劳:金属在循环应力或脉冲应力和腐蚀介质的联合作用下引起的疲劳破坏。
腐蚀机理:金属与周围介质构成热力学不平衡体系,有从不稳定到稳定的倾向,可用自由吉布斯函数变化来衡量,如0发生,0不发生。
○LCF的基本概念
研究关键部位(应力集中区)的疲劳特性。
○LCF的基本概念(续1)
◇疲劳的断裂过程
循环载荷-循环塑性应变-裂纹核-宏观裂纹-穿过塑性区-破坏Nf=Ni+Np
Ni-宏观裂纹前寿命,可探测,各公司标准不同:
美PW-0.794mm长
英RR—O.50mm长,0.15深
NP-裂纹扩展寿命,穿过塑性区,达临界裂纹
Ni为LCF研究内容,在塑性区可工作;Np为FM研究内容,有缺陷和裂纹仍可工作。
○LCF的基本概念(续2)
HCF-应力疲劳,弹性范围
LCF-应变疲劳,塑性范围
真应力与真应变
○真应力与真应变(续)
○循环载荷下之行为
◇对硬化材料,每次加载后应力集中区硬化,上升,
邻近区下降,各次面积相等。
◇卸载后曲线下面积正负抵消。
◇~一定次数后,不再硬化,~曲线封闭。
○~载荷下之行为
◇对称~载荷下,曲线和滞后环
曲线可与s—e对比。
滞后环的物理意义:吸收外力做功的能力,塑性应变能,抗塑性变形能力。
韧性材料-面积大
脆性材料-面积小
循环应力一应变曲线和滞后环
。材料LCF曲线Coffin—Manson曲线
◇Coffin和Manson推导出借助于常规试验数据In
与Nf关系,可用于一般材料。
对重要场合,必须用专门的试验曲线。
○ST的轮槽与叶根
◇静载荷:叶片离心力,蒸汽弯应力
动载荷:叶片振动应力
工作介质:两相、水滴和水蒸汽,易产生应力腐蚀
◇高应力集中
◇加工精度和配合精度要求高
○LING A0 1号机LP轮槽问题
1999年5月:l5个轮槽宽度小,拟截短叶根齿顶.
7月·发现测量方法错误,必须检查全部叶根
·确认用截短叶片齿项法不行,必须重配叶片
3. 9月 ·6×78=468个轮槽测完,仅7个合格
·将叶片分成3类,重新制造叶片,保证间隙
为0.12—0.34
4. 9月 ·发现很多轮槽各齿宽度公差超标不等,49个达到0.12,引起负荷重新分布,应力增大。
5.9-12月·进行各种应力计算和可靠性评估
2DEF,3DEF,3DE+P,LCF,EDF评估
o应力计算和可靠性评估
2D:载荷沿轴向均布,各单元片间无作用力,各单元片应
力状态相同。
3D:实际载荷,与叶片叶轮联算,较复杂。
3D(E+P):同于3D,考虑塑性变形后负荷重新分布。
二、末级长叶片的可靠性
该叶片于70年代末期开发,首次用于南非Duvha电站600MW机组。用于大亚湾机组存在如下问题:
1.叶片弯应力
大亚湾机组末级蒸汽流量比以前运行
的火电机组大38—46%,加之
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