The present invention relates to the field of finite element analysis, in particular to a method for coupling stress analysis of valve fastening bolts by using a non-linear finite element global-local joint modeling. The existing finite element stress calculation method for bolts lacks the consideration of the complex stress state of bolts under the actual working conditions, and the bolts calculated by the method are fractured when they are in use, which affects the safe operation of power plants. The present invention discloses a method for coupling stress analysis of valve fastening bolts by using the non-linear finite element global-local joint modeling. The method of global-local joint modeling is adopted, and the thermal-mechanical coupling, the geometric details of threaded teeth and the non-linear contact friction between mating surfaces are taken into account. The smooth rod model is used in the parent model, and the details of threaded teeth are taken into account in the sub-model, so as to improve the efficiency of finite element modeling and ensure the non-linear coupling finite element. Accuracy of analysis. The stress analysis method of the invention makes the bolt stress analysis close to the actual working condition of the bolt, and reduces the size of the finite element mesh and the corresponding calculation amount.
【技术实现步骤摘要】
一种采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法
本专利技术涉及有限元分析领域,特别是一种采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法,所述应力分析方法用于发电厂高中压主汽门、高中压主汽门阀体、汽轮机高中低压缸体螺栓紧固应力的计算建模。
技术介绍
现有常规的螺栓有限元应力计算方法仅针对螺栓建模,并简单将螺栓的所受的总载荷等于预紧力和内部介质应力之和,缺少对于螺栓和阀体在不同状态下相互作用(耦合)产生应力的计算。常规方法的优点:简单易行。且由于常规螺栓与阀体母材理化性能较为接近,忽略阀体对螺栓应力的影响,问题不大。常规方法的缺点:简单地的认为螺栓在工作时因承受蒸汽压力、温度应力和高温蠕变而会发生应力松驰。但随着发电厂机组温度、压力的大幅提高,且大批新型螺栓材料普遍存在与阀体母材理化性能差异较大的情况,就存在实际使用过程中螺栓应力上升的可能性。就必须考虑阀体和螺栓的相互关系。如:Alloy783(GH783)属于低膨胀系数、高强度的耐高温新型钴基材料,在国际上首次应用于超超临界汽轮机中压主汽门和调门螺栓,陆续有电厂出现此类螺栓断裂问题,有的最短仅运行4.6kh;有的从末检修;有的为进口螺栓;甚至出现检修中超声波和渗透探伤及硬度检验均合格的螺栓,在修后启动过程中就大量螺栓断裂的问题,更为严重的是部分厂还出现了螺栓大面积断裂的问题,对电厂的安全运行造成了严重的影响。而相关制造厂及第三方机构对其断裂螺栓材料结论是化学成分、金相组织以及室温力学性能均仍符合标准要求。为此对常规的螺栓应力计算方法合理性提出了疑问,并进行螺栓 ...
【技术保护点】
1.一种采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法,其内容包括依序进行的以下步骤:(1)建立汽门的3D整体几何模型作为母模型;所述母模型包括阀盖、阀壳以及紧固组件,所述紧固组件包括螺母、螺栓,并在母模型中用光杆代替螺栓;(2)根据所述汽门的3D几何模型建立汽门的整体有限元模型;(3)根据所述汽门的整体有限元模型,建立汽门螺栓局部有限元模型,并进行汽门紧固螺栓非线性有限元耦合应力分析。
【技术特征摘要】
1.一种采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法,其内容包括依序进行的以下步骤:(1)建立汽门的3D整体几何模型作为母模型;所述母模型包括阀盖、阀壳以及紧固组件,所述紧固组件包括螺母、螺栓,并在母模型中用光杆代替螺栓;(2)根据所述汽门的3D几何模型建立汽门的整体有限元模型;(3)根据所述汽门的整体有限元模型,建立汽门螺栓局部有限元模型,并进行汽门紧固螺栓非线性有限元耦合应力分析。2.根据权利要求1所述采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法,其特征在于,所述步骤(2)中根据所述汽门的3D几何模型建立汽门的整体有限元模型,包括以下步骤:(2.1)几何模型导入,针对汽门的对称性,将几何模型导入ANSYSWorkbenchv15.0的Geometry模块;(2.2)网格划分,阀壳、阀盖采用整体四面体网格划分,在螺栓孔、法兰配合面处进行局部加密,螺栓切分后进行结构化网格划分;(2.3)材料属性定义,确定各部件材料牌号后,查询并输入相关材料的性能参数,包括弹性模量、线膨胀系数、热导率、屈服极限以及比热容;(2.4)施加相应的热边界条件;(2.5)施加相应的力边界条件;(2.6)确定启动过程最危险时刻,母模型瞬态热力耦合分析依然采用自动时间步长,求解得到汽门螺栓应力随时间的变化规律,确定螺栓应力最大的时刻。3.根据权利要求2所述采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合应力分析的方法,其特征在于,所述步骤(2.4)中施加相应的热边界条件,包括以下步骤:(3.1)汽门壳体外侧环境温度取30℃,并将其与空气之间的热边界条件简化处理为第三类边界条件;通过多次试算,最终以计算得到的温度与实际测点温度一致时对应的对流换热系数定义为本次分析的热边界;(3.2)蒸汽与阀门内壁间的热边界条件也取为第三类边界条件;将汽门内表面划分为若干区域,分别计算各部分的对流换热系数。4.根据权利要求2所述采用非线性有限元整体—局部联合建模进行汽门紧固螺栓耦合...
【专利技术属性】
技术研发人员:傅洪军,叶笃毅,彭勃,金敬东,张章军,陈腊梅,许好好,徐金雷,
申请(专利权)人:温州燃机发电有限公司,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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