30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬分析.pdf

1、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的核心部件之一，長(zhǎng)期服役條件下的轉(zhuǎn)子，受到疲勞載荷的作用，會(huì)導(dǎo)致裂紋的萌生并不斷擴(kuò)展。為了提高轉(zhuǎn)子的可靠性和對(duì)其運(yùn)行壽命進(jìn)行較為精確的預(yù)測(cè)。有必要對(duì)轉(zhuǎn)子材料的裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行研究，找到裂紋擴(kuò)展的規(guī)律。本文以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子鋼30Cr1Mo1V為研究對(duì)象，利用有限元法研究其疲勞裂紋擴(kuò)展特征。
　　 應(yīng)力強(qiáng)度因子是斷裂力學(xué)中重要的參數(shù)，通過(guò)采用20節(jié)點(diǎn)SOLID186退化奇異單元，利用ANSYS軟件，對(duì)一定尺寸的緊湊拉伸

2、(CT)試樣裂紋進(jìn)行分析，得出30Cr1Mo1V轉(zhuǎn)子鋼裂紋尖端KⅠ隨裂紋長(zhǎng)度和載荷水平改變時(shí)的變化規(guī)律。采用類似的有限元建模方法，分析不同裂紋長(zhǎng)度下，三點(diǎn)彎曲試樣裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。
　　 利用FRANC2D軟件，對(duì)不同偏移距的三點(diǎn)彎曲試樣Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋進(jìn)行分析，得到裂紋擴(kuò)展過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變的分布情況以及擴(kuò)展路徑變化。通過(guò)提取裂紋尖端的KⅠ和KⅡ的值，對(duì)裂紋擴(kuò)展角進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的大致趨勢(shì)是：裂紋先是偏向于支撐距

3、離較大的一側(cè)方向發(fā)展，然后又向中線方向靠攏；首先表現(xiàn)出Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展行為，隨著裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展，呈現(xiàn)出Ⅰ型裂紋的擴(kuò)展行為。
　　 分析了裂紋擴(kuò)展速率的影響因素，在Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂紋擴(kuò)展路徑有限元仿真的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算結(jié)果，采用Paris公式，得到疲勞裂紋擴(kuò)展速率與循環(huán)周次，繪制疲勞裂紋擴(kuò)展速率和循環(huán)周次隨裂紋長(zhǎng)度的變化曲線，結(jié)果表明：隨著裂紋偏移距增大，裂紋擴(kuò)展速率變慢，擴(kuò)展到同一長(zhǎng)度時(shí)的載荷循環(huán)周次越大，表明疲勞壽命越大，