[发明专利]径向骑缝螺杆结构静强度评价方法

说明书

本发明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。本发明采用标准化流程计算，具有准确、方便、高效的优点。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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，本发明采取如下技术方案：

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、接触的边界条件；

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(Von Mises Stress)进行线性化处理，得到薄膜应力(P_m)和弯曲应力，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(P_b,max)，其与薄膜应力(P_m)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。

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，本发明的有益效果在于：

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、本发明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、本发明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。