径向骑缝螺杆结构静强度评价方法技术

本发明专利技术涉及一种径向骑缝螺杆结构静强度评价方法，该方法通过对径向骑缝螺杆结构的三维有限元计算，考查骑缝面上的应力情况，在骑缝面上，对骑缝螺杆与相邻的两个部件的每一螺纹牙根部路径上的范式等效应力(Von Mises Stress)进行线性化处理。其中，针对某一螺纹牙，取路径上的最大弯曲应力与薄膜应力之和除以对应材料在相应温度下的屈服极限，将其定义为该螺纹牙的材料利用率。以骑缝螺杆与相邻的两个部件各螺纹牙材料利用率均不大于1.0作为径向骑缝螺杆结构静强度安全的判据。本发明专利技术采用标准化流程计算，具有准确、方便、高效的优点。

A radial screw structure static strength evaluation method

The present invention relates to a radial screw structure static strength evaluation method, this method through three-dimensional finite element calculation of the structure of a radial screw, a test on the surface of stress, in a plane, each thread root equivalent model of two parts of a screw path and adjacent on stress (Von Mises Stress) linear processing. For a certain threaded tooth, the maximum bending stress and the film stress on the path are divided by the yield limit of the corresponding material at corresponding temperature, which is defined as the material utilization ratio of the threaded tooth. The two part a screw and adjacent thread material rate was less than 1 as a criterion of radial screw structure static strength safety. The invention adopts the standardized process calculation, and has the advantages of accurate, convenient and efficient.

【技术实现步骤摘要】
径向骑缝螺杆结构静强度评价方法
本专利技术涉及旋转机械设计与计算领域，尤其是一种径向骑缝螺杆结构静强度评价方法。
技术介绍
具有T型叶根或双T型叶根的叶片，装配时，是通过开在轮缘上的径向窗口装入叶根槽的。每一级此类叶片在窗口处均需安装一锁口叶片，该锁口叶片通常由两骑缝螺杆固定，螺杆骑在叶根和轮缘之间。这种结构常见于转鼓式转子。值得注意的是，锁口叶片的静、动载荷不是由螺杆的横截面承担的，而是沿螺纹的整个长度、通过对螺纹牙的剪切将叶根上的力传到轮缘上的。评价上述骑缝螺杆结构静强度时，一般采用公式计算校核，计算过程依赖经验系数，而这些经验系数又与特定的材料搭配、特定的结构尺寸相关。当材料或尺寸变更时，原有的经验系数不再适用。此外，螺纹接触是非线性过程，难以用公式计算出局部受力情况。
技术实现思路
为了解决经验系数预估局限性、螺纹接触非线性等多种因素导致公式计算校核评价方法不准确的问题，本专利技术提供一种径向骑缝螺杆结构静强度评价方法，该方法具有准确、方便、高效的优点。为了达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案：1)建立骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件装配三维模型，划分有限元网格，输入材料数据，以及载荷、温度、接触等边界条件；2)利用有限元算法对上述具有螺纹接触的模型进行静强度计算；3)选择上述模型中的骑缝面，作为考查面，分别对考查面上的骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件的每一螺纹牙进行如下分析：3.1)对某一螺纹牙在指定路径上的范式等效应力(VonMisesStress)进行线性化处理，得到薄膜应力(Pm)和弯曲应力(Pb)，上述指定路径尤指该螺纹牙根部相邻两圆角间的连线，3.2)取指定路径上的最大弯曲应力(Pb,max)，其与薄膜应力(Pm)之和除以对应材料在相应温度下的屈服极限定义为材料利用率，即4)在考查面上，骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件的每一螺纹牙的材料利用率均不大于1.0，则认为锁口叶片径向骑缝螺杆结构的静强度是安全的。本方法通过对径向骑缝螺杆结构的三维有限元计算，考查骑缝面上的应力情况，对沿螺纹牙根部路径上的范式等效应力进行线性化处理，并导出材料利用率，以各螺纹牙材料利用率均不大于1.0作为锁口叶片径向骑缝螺杆结构静强度安全的判据。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、本方法针对现有公式计算校核中，骑缝螺杆结构的材料或尺寸变更使原有的经验系数不再适用，以及螺纹接触是非线性过程，难以用公式计算出局部受力情况的问题，采用标准化流程计算，具有准确、方便、高效的优点。2、本专利技术适用于旋转机械中利用径向骑缝螺杆锁紧连接相邻两个部件的静强度评价，尤其是骑缝螺杆结构主要承受沿螺杆轴向剪切的情形。不单适用汽轮机中的锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆的静强度评价，轴流压缩机的锁口叶片也可以用本方法评价，因此本方法具有较广泛的工程应用前景。3、本专利技术直接对径向骑缝螺杆结构进行三维有限元计算，骑缝螺杆与相邻的两个部件的材料、结构尺寸可以任意给定。4、在考查面，即骑缝面上，锁口叶片、轮缘的材料在此不连续，内螺纹牙无法成圈；骑缝螺杆的外螺纹牙在此受到剪切作用，从材料力学的观点看，以骑缝面作为静强度评价的危险截面物理意义更明确。附图说明图1是锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆装配示意图。图2是径向骑缝螺杆结构静强度评价方法流程图。图3是针对汽轮机的锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆静强度评价方法流程图。图4是骑缝螺杆的若干螺纹牙根部路径示意图。图5是某一螺纹牙根部沿路径应力线性化结果图。图6是锁口叶片各螺纹牙材料利用率曲线图。图7是轮缘各螺纹牙材料利用率曲线图。图8是骑缝螺杆各螺纹牙材料利用率曲线图。具体实施方式下面以锁口叶片径向骑缝螺杆结构为例，结合附图针对汽轮机中的锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆静强度评价方法做进一步的详细描述：如图1所示，具有T型叶根或双T型叶根的叶片1，通过开在轮缘3上的径向窗口装入叶根槽，安装完上述叶片后，将锁口叶片4装入上述径向窗口，并在锁口叶片4与轮缘3之间配钻骑缝螺孔，旋入骑缝螺杆2，完成装配。对如图1所示的锁口叶片径向骑缝螺杆结构静强度进行评价，其流程如图3所示(图2为针对旋转机械中利用径向骑缝螺杆锁紧连接相邻两个部件的静强度评价方法流程图)。首先，建立锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆装配三维模型，该模型包含螺纹在内的尽可能丰富、详细的几何结构信息，且螺纹尺寸应考虑公差配合等因素，对模型划分有限元网格，输入材料数据，以及载荷、温度、接触等边界条件。然后，利用有限元软件对上述具有螺纹接触的模型进行静强度计算，得到应力分布。第三，选择上述模型中锁口叶片与轮缘的交界面，即骑缝面，作为考查面，分别对考查面上的锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆的每一螺纹牙在指定路径(如图4)上的范式等效应力(VonMisesStress)进行线性化处理(如图5)，得到薄膜应力(Pm)和弯曲应力(Pb)。如图4所示，上述指定路径尤指该螺纹牙根部相邻两圆角间的连线。图5中横轴代表指定路径的宽度(或称为长度)，取路径上的最大弯曲应力(Pb,max)，其与薄膜应力(Pm)之和除以对应材料在相应温度下的屈服极限定义为材料利用率，即图6、7、8的横轴表示某个零件(叶片或轮缘或螺杆)上的螺纹牙的位置，即从下往上数的第几螺纹牙。纵坐标就是材料利用率，只是这里用材料利用率的定义式表达了。最后，若在考查面上，锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆的每一螺纹牙的材料利用率均不大于1.0(如图6、7、8)，则认为锁口叶片径向骑缝螺杆结构的静强度是安全的。本专利技术还适用于旋转机械中利用径向骑缝螺杆锁紧连接相邻两个部件的静强度评价，尤其是骑缝螺杆结构主要承受沿螺杆轴向剪切的情形。例如，轴流压缩机的锁口叶片，其方法流程图如图2所示。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利保护范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
径向骑缝螺杆结构静强度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件装配三维模型，划分有限元网格，输入材料数据，以及载荷、温度、接触等边界条件；2)利用有限元算法对上述具有螺纹接触的模型进行静强度计算；3)选择上述模型中的骑缝面，作为考查面，分别计算考查面上的骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件的每一螺纹牙的材料利用率；4)在考查面上，骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件的每一螺纹牙的材料利用率均不大于1.0，则认为锁口叶片径向骑缝螺杆结构的静强度是安全的。

【技术特征摘要】
1.径向骑缝螺杆结构静强度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件装配三维模型，划分有限元网格，输入材料数据，以及载荷、温度、接触等边界条件；2)利用有限元算法对上述具有螺纹接触的模型进行静强度计算；3)选择上述模型中的骑缝面，作为考查面，分别计算考查面上的骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件的每一螺纹牙的材料利用率；4)在考查面上，骑缝螺杆与其锁紧相邻的两个部件的每一螺纹牙的材料利用率均不大于1.0，则认为锁口叶片径向骑缝螺杆结构的静强度是安全的。2.根据权利要求1所述的径向骑缝螺杆结构静强度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立锁口叶片、轮缘和骑缝螺杆装配三维模型，划分有限元网格，输入材料数据，以及载荷、温度、接触等边界条件；2)利用有限元软件对上述具有螺纹接...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄达明，丁旭东，刘象拯，王佳男，
申请(专利权)人：杭州汽轮动力集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33