離心壓縮機(jī)再制造葉輪服役壽命預(yù)測模型及數(shù)值仿真研究.pdf

1、機(jī)械裝備再制造是再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域,為此,國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)專門設(shè)立了“機(jī)械裝備再制造的基礎(chǔ)科學(xué)問題”項(xiàng)目(2011CB013400),以離心式壓縮機(jī)為典型對象,開展機(jī)械裝備再制造的若干基礎(chǔ)科學(xué)問題研究,為再制造技術(shù)攻關(guān)提供理論依據(jù)。其中再制造零件壽命預(yù)測涉及多個學(xué)科領(lǐng)域,已成為機(jī)械零件再制造的技術(shù)關(guān)鍵之一,迫切需要相關(guān)理論和方法的支持。本研究在973項(xiàng)目研究課題之一“再制造零部件的壽命預(yù)測與

2、再制造產(chǎn)品服役安全驗(yàn)證”(2011CB013400-5)的資助下,開展了離心式壓縮機(jī)再制造葉輪服役壽命預(yù)測模型及數(shù)值仿真研究,為再制造葉輪服役機(jī)理分析、服役安全性能評價提供理論和方法支持。
　　首先,在斷裂力學(xué)和損傷累積理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合再制造葉輪工藝修復(fù)結(jié)構(gòu)特征和服役特征載荷,提出一種再制造葉輪零部件服役壽命預(yù)測模型。將材料或試件現(xiàn)有的壽命預(yù)測方法拓展到再制造后的離心壓縮機(jī)葉輪上,建立起包含面向多失效特征的再制造葉輪幾何精確建模

3、方法、基于計(jì)算域虛擬規(guī)劃的再制造葉輪流道自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方法、基于數(shù)值分析的再制造葉輪服役特征載荷求解方法和FE-SAFE壽命計(jì)算軟件以及再制造工藝壽命修正試驗(yàn)的再制造葉輪服役壽命預(yù)測模型,為再制造葉輪服役安全性能判定提供一種理論方法。
　　其次,針對再制造葉輪模型缺失或已有模型無法反應(yīng)再制造特征的問題,提出了面向多失效特征的再制造葉輪幾何特征精確建模方法,構(gòu)建體現(xiàn)再制造工藝特征的再制造葉輪精確幾何模型;在有限元誤差估算理論、幾何拓

4、撲同坯原理的基礎(chǔ)上,建立再制造葉輪幾何關(guān)鍵區(qū)域識別準(zhǔn)則和計(jì)算域虛擬規(guī)劃算法,形成再制造葉輪零件的全六面體網(wǎng)格生成方法,對再制造葉輪精確幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,產(chǎn)生疏密有致的高精度再制造葉輪流道自適應(yīng)有限元網(wǎng)格模型。
　　然后,在有限元傳熱理論、彈塑性力學(xué)、微積分原理基礎(chǔ)上,利用ANSYS仿真技術(shù)分析并討論了再制造葉輪服役的四種典型特征載荷,包括再制造工藝誘發(fā)的殘余應(yīng)力載荷、裝配產(chǎn)生的裝配應(yīng)力載荷、高速離心應(yīng)力載荷和氣體介質(zhì)等效應(yīng)力載

5、荷。基于分析與模擬結(jié)果綜合評判再制造葉輪的服役靜態(tài)強(qiáng)度,并為再制造葉輪服役壽命預(yù)測的載荷譜擬合提供幅值依據(jù)。
　　最后,開展某型號大型離心壓縮機(jī)再制造開式葉輪壽命預(yù)測的應(yīng)用研究。根據(jù)再制造葉輪服役的五個階段特性和四種典型特征載荷建立再制造葉輪服役的載荷譜曲線,利用再制造葉輪服役壽命預(yù)測模型對再制造葉輪服役壽命進(jìn)行預(yù)測,并通過基體材料FV520B的激光熔覆試驗(yàn)所得壽命修正系數(shù)算出了再制造葉輪的可服役年限。同時,也討論了再制造工藝載荷