基于随机有限元的汽轮机叶片强度计算

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1、第26卷第23期中国电机工程学报Vol.26No.23Dec.20062006年12月ProceedingsoftheCSEE©2006Chin.Soc.forElec.Eng.文章编号：0258-8013(2006)23-0088-07中图分类号：TK262文献标识码：A学科分类号：470×20基于随机有限元的汽轮机叶片强度计算王璋奇，段巍,徐飞，彭震中(华北电力大学机械工程学院，河北省保定市071003)StrengthAnalysisofSteamTurbineBladeBasedontheSto

2、chasticFiniteElementMethodWANGZhang-qi，DUANWei,XUFei，PENGZhen-zhong(SchoolofMechanicalengineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,HebeiProvince,China)ABSTRACT:Therearemanystochasticparameterstohave象，考虑了弹性模量、蒸气作用力、转速的随机性，建立了effectonthestre

3、ngthofsteamturbinebladeinpractical旋转变截面扭梁模型；运用应变能原理推导了包含轴向变operation.Inordertoimprovethereliabilityofbladedesign,形、弯曲变形和剪切变形共同作用下的单元刚度矩阵和载荷thesestochasticparametersarenecessarytobetakeninto列阵；应用局部平均法离散弹性模量随机场；编制了二阶摄account.Althoughthedeterministicfinitee

4、lementmethodcanbe动随机有限元程序，分别计算了弹性模量、蒸汽作用力、转usedtoobtaingoodresults,itdoesnotconsidertheuncertainty速随机时叶片应力的统计特性；通过与MonteCarlo数值模factors.Soithassignificantengineeringapplicationtocombine拟法进行对比，验证了该文方法的正确性。thestochasticanalysisapproachwithdeterministicfini

5、teelement关键词：随机有限元；叶片；应变能原理；局部平均法；应method,thatleadstotheconceptofthestochasticfiniteelementmethod(SFEM),anditcanbeusedtoanalyzethereliabilityof力分析theblade.Inthispaper,atwistedbladeinlow-pressurestagesof0引言steamturbineischosentobeinvestigated.Arotatingvar

6、ycross-sectiontwistedbeamiscreatedtobeasitsmechanical叶片是汽轮机的重要组成部分，其工作性能的model.Thestiffnessmatrixandtheloadmatrixofthebladeare好坏直接影响到机组的安全运行，因此对其进行强obtainedbyusingthemethodofstrainenergyprincipleunder度及可靠性研究具有重要意义。近年来，许多学者synergiceffectoftheaxialdeformat

7、ion,thebenddeformation采用有限单元法、能量法或者传递矩阵法研究了叶andthesheardeformation.TheYoung’smodulusisconsideredas[1-6]片的静态特性和动态特性，但是将叶片的所有参randomfieldanddiscretizedbythelocalaveragingmethod.The数均考虑成是确定性的，忽略了叶片参数的随机programofthetwo-orderperturbationstochasticfiniteelemen

8、t性。在实际中，影响汽轮机叶片强度的随机性因素method(PSFEM)isdevelopedtocalculatethestatisticalcharacteristicsofthestressesofthebladeunderYoung’smodulus,很多，比如：材料参数(主要包括弹性模量、密度等)、steamforceandrotatespeedwithrandomness.Theresultsof结构几何尺寸(横截面的宽度、厚度