MW级风机轮毂球铁QT350-22LT高周疲劳性能研究

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兆瓦(MW)级风机轮毂通过螺栓连接叶片以及主轴,其工作环境及受力情况复杂,轮毂的工作应力多在屈服强度以下,要求安全工作15-20年。因此针对MW级风机轮毂的使用寿命及安全工作方面考虑,应获知风机轮毂球铁高周疲劳寿命。通过对轮毂的受力分析,分析得到轮毂在工作过程中主要受到拉应力和扭转力等。为了解风机轮毂球铁350QT-22LT是否能够满足风机的疲劳性能,本文对QT350-22LT进行高周疲劳实验,分析了断裂特征,根据已得到的疲劳极限作为参考进行数值模拟,以验证QT350-22LT是否满足疲劳寿命的要求。本文主要研究了MW级风机轮毂球铁拉-拉高周疲劳试验,绘制S-N曲线,通过S-N曲线可以推断出在不同的应力下的疲劳寿命,其高周疲劳寿命为250MPa。分析了高周疲劳断口的形貌,高周疲劳断口存在明显的疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区。对比了MW风机轮毂球体高周疲劳、拉伸、室温冲击、低温冲击以及低周疲劳的断口,分析他们的相同点和不同点。通过图片对比发现,高周疲劳断口为典型的脆性断裂。另外,以得到的疲劳极限值作为参考,根据材料的强度为标准,在法兰盘上施加压应力及扭转力进行数值模拟。得到风机轮毂应力最大部位为法兰盘处,单点最大应力为156MPa这与实际工作情况相符合。通过Goodman-Smith疲劳曲线图计算出风机轮毂的安全系数为1.73。应力集中部位没有超过材料的疲劳极限。证明风机轮毂球铁QT350-22LT能够满足设计的应力要求。
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