水轮机叶片的动应力研究

随着水轮发电机组容量的不断增大，水轮机叶片处于更为恶劣的环境中运行，这对叶片的安全十分不利。因此，提高叶片的强度，保证机组的安全运行是十分必要的。 本文根据水轮机叶片的特点和工作性质，采用空间八结点非协调等参单元描述水轮机叶片运动特性的有限元力学模型，详细分析了水轮机叶片阻尼各组成部分，并建立了叶片阻尼的计算模型，提出了叶片阻尼在动应力计算中的处理方法。根据转轮流场的复杂性，对叶片所受的力进行合理简化。由此，推导出空间八结点非协调单元描述水轮机叶片运动特性的叶片运动有限元方程，进一步得出了叶片振动特性的有限元方程。采用振型叠加法计算了叶片的动态响应和动应力。利用上述理论和计算模型编制了相应的有限元程序。在程序中，采用了波前法，十分有效地降低了系统的自由度，使计算工作量大为减少。经考核证明该程序计算精度高，计算结果令人满意。 由于三维实体单元适应性强，因而依据这一模型编制的有限元程序应用范围广，可用于一般弹性体结构的动应力分析。