3＃加氢反应物空冷器风机传动轴裂纹应力强度因子有限元分析

摘要

风机的用途主要在冶炼、石油化工、电力、地下轨道交通、纺织、船舶等领域以及各种场所的通风和换气。传动轴作为风机传递动力过程中的一项重要机械零部件，主要起传动动力和运动的作用，在其工作过程中容易发生脆性断裂失效，导致轴无法正常工作，给许多企业带来重大的损失，甚至造成安全事故，因此对于此类结构发生脆断的原因进行研究具有重要意义。
　　本研究课题来源于中石化武汉分公司机动处委托的科研项目。传动轴在长期服役工作过程中，常在阶梯处出现裂纹导致轴的破坏，本文以工程实际过程中3＃加氢风机传动轴在阶梯处开裂失效为背景，研究裂纹扩展导致轴的断裂的问题，对轴断口进行宏观外貌分析和微观检测分析,并运用有限元方法对传动轴阶梯处椭圆裂纹应力强度因子进行了数值研究。通过建立含三维裂纹的子模型和与之相匹配的装配模型,组合成了阶梯处带椭圆裂纹的传动轴的断裂力学有限元分析模型。
　　建模时在阶梯轴连接处分别设置了直角阶梯和圆角阶梯两种过渡方式，先对阶梯处无裂纹的传动轴进行了应力计算，然后对阶梯处含裂纹的传动轴进行了应力强度因子的计算，经过对比计算发现圆角确实可以减小应力集中的问题，也可减小应力强度因子。同时对模型的计算进行了延伸扩展，改变不同的变量来观察裂纹尖端应力强度因子的变化情况。其中包括阶梯高度的变化、圆角曲率半径的变化、裂纹长度的变化和裂纹深度的变化，将数据进行对比分析，绘制出了裂纹前沿节点应力强度因子因子的变化规律。
　　通过本文的计算，可将计算结果与其他轴类材料联系起来。无论裂纹多深，长度多长，均可以计算其应力强度因子，并与该材料的断裂韧度进行比较，判断裂纹是否扩展，从而评定设备的安全性，因此本文的研究对于机械零部件的设计具有重要的参考价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 风机传动轴常见失效形式

1.3 本实验室传动轴断裂失效形式分析

1.4 工程背景

1.5 本文主要研究内容

第2章 传动轴断裂失效分析

2.1 风机传动轴断裂情况及观察

2.2 轴断口试样的电镜扫描分析

2.3 轴断口端面EDS能谱分析

2.4 轴断裂分析

第3章 风机传动轴有限元模型

3.1 有限元方法及软件介绍

3.2 传动轴断裂力学有限元分析模型

3.3 圆角和直角对于传动轴阶梯处应力的影响

3.4 本章小结

第4章 不同变量下有限元计算结果研究

4.1 引言

4.2 不同阶梯高度时阶梯处裂纹应力强度因子的变化

4.3 不同圆角曲率半径下阶梯处裂纹应力强度因子的变化

4.4 对于相同深度，不同长度的裂纹，裂纹尖端处的应力强度因子的变化规律

4.5 对于相同长度，不同深度的裂纹，裂纹尖端处的应力强度因子的变化规律

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢