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双工质冷却涡轮叶片温度场计算与强度分析

葛玉峰  
【摘要】: 双工质冷却涡轮叶片是燃气轮机十分重要的零部件,其工作环境是高温、高压和高速,承受的载荷主要有:气动载荷、热载荷和离心载荷。为了保证发动机在服役期间的稳定性和可靠性,迫切需要对涡轮叶片的强度进行分析,并对其寿命加以预测和控制。本文围绕双工质冷却涡轮叶片,开展其温度场计算与强度分析的研究工作。 本文的主要内容和成果如下: 首先,在3D建模软件UG中,根据已知的双工质涡轮叶片的等叶高温度截面的高度,对双工质涡轮叶片建立等叶高截面,选择20个节点包络相邻两个等叶高截面体,利用节点坐标值和坐标变换函数,建立涡轮叶片物理坐标和虚拟坐标的坐标变换方程,确立物理坐标节点和虚拟坐标节点的映射关系,通过坐标变换把形状复杂的叶片体变换为规则的正方体,在虚拟坐标系里、规则的正方体上插值求得涡轮叶片体任意点的温度值。利用C++,编程求得涡轮叶片体有限元节点的温度值。把涡轮叶片体有限元节点的温度值写入ANSYS可编程文件.cdb中,仿真分析求得涡轮叶片的温度场。 其次,在ANSYS Workbench中,对双工质涡轮叶片在离心力载荷和气动载荷作用下进行强度分析,得出涡轮叶片的应力分布。 最后,把在ANSYS中求得的双工质涡轮叶片的温度应力作为强度分析的温度载荷,加载到涡轮叶片结构分析中,然后加载离心力载荷和气动载荷,对涡轮叶片进行强度分析,得到双工质涡轮叶片准工作状态的应力分布。


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