有限元分析销钉受力后产生弯曲变形,对轮缘和叶根的销钉孔边缘产生很大的挤压力。如果增加销钉直径,使其刚度增加,减小其弯曲程度,应力集中将会得到改善。但是,随着销钉直径的增大,叶根上销钉孔的直径也将随之增大,必将导致叶根强度的减弱,所以,销钉直径与叶根强度必须协调考虑。
基于这个思想,将销钉的直径由原来的cp 13增加至cp 15。图是销钉直径为cp 15时,叶根和销钉的Von Miser等效应力分布云图,最大应力仍然出现在销钉孔边缘,但已经降至978 MPa应力分布相对比较均匀。
尽管以上的优化方案都对应力分布有所改善,但应力值依然很大,最大应力还是超过了材料的屈服极限。所以,增加一根销钉,希望能大幅度降低应力的整体水平。图巧给出了增加一个直径cp13销钉的结构以及叶根和销钉的VonMiss等效应力计算结果。尽管销钉孔边缘依然有应力集中,最大应力为1261
MPa,但从整体应力分布来看,应力的整体水平并不很高,应力较大的位置只是集中在孔边缘较小的区域。
汽轮机叶片的强度安全分析对确保汽轮机安全运行有重要意义,三维有限元强度分析已经成为对汽轮机进行强度分析的重要手段。以本文研究的“215 mm”封口末叶片为例,三维有限元强度分析表明,结构整体应力水平较高,应力集中程度严重。从原设计方案强度分析的结果出发,采用3种方案对结构进行优化,经过对各优化方案的强度分析和比较,确定了结构优化方案。优化方案的弹性和弹塑性分析结果表明,增大销钉直径,并且在销钉孔边缘倒角无论从减小应力集中程度方面,还是从改善整体应力分布状况方面,都有明显的优势。
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