【摘 要】
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叶轮是离心压缩机高速转子的核心部件,由于叶轮结构、工作环境的复杂性,经常发生疲劳破坏的现象。近年来,随着压缩机的核心部件叶轮结构的直径和出口宽度的增加,叶轮产生裂纹
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叶轮是离心压缩机高速转子的核心部件,由于叶轮结构、工作环境的复杂性,经常发生疲劳破坏的现象。近年来,随着压缩机的核心部件叶轮结构的直径和出口宽度的增加,叶轮产生裂纹并逐渐扩展至断裂的现象越来越频繁,严重影响到压缩机组的安全可靠性,这引起了人们的强烈关注。本文以离心压缩机闭式叶轮为研究对象,以断裂力学为基础对其进行裂纹扩展寿命的研究。为进一步研究叶轮断裂仿真和安全设计打下理论基础。首先,对离心压缩机闭式叶轮进行三维实体模型的建立,并对其进行强度分析,得到了叶片与轮盖焊接处的应力分布。为了便于对叶轮结构进行裂纹扩展的研究,基于力学与几何相似原理对三维叶轮叶片与轮盖焊接处进行了模型的简化,为求解应力强度因子提供了可行性。然后,利用简化的二维等效模型,进行应力强度因子的计算。从线弹性断裂力学角度出发,应用ANSYS软件分别计算裂纹形式为中心裂纹及边裂纹两种典型裂纹形式的应力强度因子,通过曲线拟合得到应力强度因子随裂纹长度的函数关系。最后,在研究叶轮裂纹扩展过程中,采用最大周向正应力理论计算了裂纹的开裂角；采用复合型裂纹疲劳扩展寿命模型,对裂纹形式为边裂纹的叶轮结构进行疲劳裂纹扩展寿命的估算,给出了裂纹扩展寿命随初始裂纹长度及终止裂纹长度的变化关系,总结出了一套基于断裂力学的叶轮结构疲劳寿命预测方法和流程。
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