微型燃气轮机涡轮结构优化及断裂分析

摘要

该文对公司自主设计的微型燃气轮机涡轮进行了强度分析与结构优化,考察了其裂纹扩展寿命.首先,采用有限元软件ABAQUS计算了优化前涡轮的应力分布,最大Mises应力约为947 MPa,超过了静强度许用应力821 MPa.进一步针对该涡轮开展了结构优化,进行了开孔以及挖槽处理,优化后的结构最大Mises应力约为806 MPa,满足静强度要求,同时最大应力点位置也发生变化.采用扩展有限元方法模拟了裂纹扩展路径,结果显示裂纹面几乎垂直于周向应力方向.将裂纹面简化为样条曲线,采用坍塌单元计算了不同长度裂纹的应力强度因子,在此基础上预测了裂纹扩展寿命.