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基于免疫遗传算法的汽轮机转子钢低周疲劳裂纹扩展速率研究

王钊  
【摘要】: 汽轮机转子是汽轮机的核心部件之一,它服役期间的工作状态是经常处于高温、启停、大变载荷的交替状态,容易萌生低周疲劳裂纹。汽轮机转子寿命主要取决于低周疲劳裂纹扩展速率,因而研究汽轮机转子钢低周疲劳裂纹扩展速率具有重要意义。 本文分析了汽轮机转子钢的低周疲劳裂纹扩展的宏观和微观规律,深入研究了温度、载荷比、蠕变和老化对汽轮机转子低周疲劳裂纹扩展的影响,结果表明温度在538℃裂纹扩展速率要明显大于室温条件下的情况;载荷比增加,疲劳裂纹扩展速率也加速;蠕变对汽轮机转子钢疲劳裂纹亚临界扩展影响是一种受体扩散控制热激活过程;经200h、600h、800h、1200h不同时效的老化,汽轮机转子材料的硬度逐渐降低,导致FATT升高,从而影响裂纹扩展速率。 在前面的理论和实验数据的基础上提出了转子钢的常温和高温低周疲劳裂纹扩展速率的多参数非线性函数模型。在遗传算法的基础上,结合免疫系统原理提出免疫遗传算法,采用免疫遗传算法优化低周疲劳裂纹扩展速率模型的特征参数,这种方法也是本文的创新之处。依据汽轮机转子钢30CrlMolV的低周疲劳实验的部分数据与免疫遗传算法,对转子钢低周疲劳裂纹扩展速率模型进行优化计算。在实际运行条件约束下,利用算法优化速率模型,得到最佳参数,最后描述出裂纹扩展速率的优化曲线。速率的优化曲线与实验相比较,在裂纹扩展特定阶段吻合相当好,结果表明免疫遗传算法在搜索过程中的高效性、并行性和鲁棒性,能够对不同载荷比及缺乏足够实验数据的汽轮机转子低周疲劳裂纹扩展速率的多元非线性模型有很好的处理。 本文用简便的计算机智能算法模拟了正确的汽轮机转子低周疲劳裂纹扩展速率的规律,这对汽轮机转子及其他高温设备的状态评价和寿命预测有直接的现实意义和工程应用价值。


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