论文部分内容阅读
针对某MW级燃气轮机涡轮采用的三齿枞树形榫接结构,为避免出现榫齿裂纹、榫头断裂等故障,对其形状进行优化设计,以降低应力水平,缓解应力集中,延长机组安全运行寿命。本文的主要研究内容如下：1.遵循参数化建模思想,以APDL(ANS YS Parametric Design Language)语言为工具,建立榫接结构二维、三维几何模型,并同时进行几何约束；对于合理的几何模型,完成网格划分、接触对设置及载荷施加；进行有限元分析并提取应力结果。将上述流程编制为宏文件,实现建模、分析及结果提取的自动化,为后文的优化工作奠定基础。2.分别采用双圆弧、圆弧-直线-圆弧、单段样条曲线、双段样条曲线及多段样条曲线对过渡区域进行改进设计,以提升优化潜力。对于各改进设计,利用遗传算法进行优化后发现,多段样条曲线取得了最佳的优化效果,最大当量应力降低37.32%,各齿应力水平差异减小。提取曲率半径进行分析后发现,相较于圆弧直线设计,样条曲线设计造型灵活,受几何约束限制小,因而优化潜力大；此外,通过扩大过渡区域范围,改善传力路径,也有助于实现应力的平缓过渡。3.利用Kriging模型近似几何参数与应力间的关系,以代替有限元分析；采用基于LOLA-Voronoi采样策略的逐点采样方法获取构建近似模型所需的样本点；综合应用参数化建模、逐点采样、Kriging模型及遗传算法等技术,开发高效率优化流程,对基于多段样条曲线改进设计的三维枞树形榫接结构展开优化设计。与基于遗传算法的直接优化方法进行对比后发现,采用该优化流程,优化效率提升39.10%,榫槽第三齿最大当量应力进一步减小,较原始设计降低42.54%。