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裂纹发展趋势预估及转轮安全评估基础研究

作　者: 胡昌洋
导　师: 黄振峰
学　校: 广西大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 混流式水轮机转轮裂纹扩展趋势灰色模型神经网络声发射安全评估
分类号: TG115.28
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

疲劳裂纹是构件断裂事故的主要根源之一,混流式水轮机转轮叶片经常出现大量贯穿性疲劳裂纹,严重危及电站的安全运行。混流式水轮机转轮叶片出现裂纹或断裂的事故仍屡见不鲜,多在停机检修时,用超声、磁粉探伤等方法检测转轮裂纹,而对裂纹在线监测,动态的预测裂纹扩展趋势仍是一项技术难题。目前所遵循的水轮机转轮定期检查的规定已越显弊端,对转轮叶片的裂纹状态进行监测已经越来越迫切。本文以国家自然科学基金项目(50465002)——“混流式水轮机转轮叶片裂纹监测的理论和方法研究”为背景,研究疲劳裂纹扩展趋势预测;利用声发射技术对疲劳裂纹进行动态监测,根据裂纹的声发射信号对裂纹的状态进行分析;对转轮安全评估方法研究,为实现水轮机转轮状态监测奠定理论基础。论文首先介绍了疲劳裂纹扩展机理、疲劳裂纹扩展预测方法,利用灰色模型和神经网络对疲劳裂纹扩展进行预估。针对水轮机转轮叶片产生的疲劳裂纹,通过三点弯曲疲劳试验,采用声发射技术对金属疲劳裂纹的产生、发展、断裂过程进行监测,与传统的裂纹检测技术相比,声发射不仅能够实时的捕捉到疲劳裂纹的产生,而且能够得到与理论上疲劳裂纹扩展速率曲线相似的变化规律,建立了裂纹声发射信号特征参量与应力强度因子之间的数学关系式,并利用人工神经网络对裂纹的扩展阶段声发射源进行了模式识别,判断裂纹的危害程度。介绍水轮机转轮结构、裂纹产生的位置,分析裂纹产生的原因和提出预防裂纹产生的措施。根据混流式水轮机转轮裂纹的实际情况,研究基于声发射和振动技术对转轮叶片裂纹在线监测的理论方法,并对转轮进行疲劳寿命计算和安全评估基础方法研究,为实现对转轮在线监测和故障诊断奠定理论基础。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-12
    1.2.1 疲劳裂纹扩展趋势预测研究现状及趋势  10-11
    1.2.2 水轮机转轮裂纹及安全评估研究现状  11-12
  1.3 声发射在疲劳裂纹检测中应用概述  12-14
    1.3.1 声发射检测技术  12-13
    1.3.2 声发射技术在裂纹检测中的应用  13-14
  1.4 课题主要研究内容  14
  1.5 本章小结  14-15
第二章疲劳裂纹发展趋势预估  15-32
  2.1 疲劳裂纹扩展规律  17-19
  2.2 疲劳裂纹扩展预测  19-21
    2.2.1 疲劳裂纹扩展预测方法  19-20
    2.2.2 预测精度评估指标  20-21
  2.3 基于灰色模型裂纹扩展预测  21-25
    2.3.1 GM(1，1)模型建立  21-23
    2.3.2 残差GM(1，1)模型  23-24
    2.3.3 预测实例  24-25
  2.4 基于神经网络裂纹扩展预测  25-31
    2.4.1 BP神经网络预测算法  26-27
    2.4.2 神经网络预测模型建立  27-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章基于声发射疲劳裂纹扩展研究  32-53
  3.1 金属疲劳裂纹声发射检测  32-38
    3.1.1 疲劳裂纹的信号特性  32-33
    3.1.2 金属裂纹声发射信号处理  33-36
    3.1.3 疲劳裂纹检测抑制噪声方法  36-37
    3.1.4 信号特征与疲劳裂纹大小的关系  37-38
  3.2 试验实例及分析研究  38-48
    3.2.1 拉伸试验研究  39-42
    3.2.2 声发射技术预估疲劳裂纹发展趋势实验  42-48
  3.3 疲劳裂纹扩展阶段声发射源的模式识别  48-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章混流式水轮机转轮叶片裂纹分析  53-59
  4.1 前言  53
  4.2 混流式水轮机转轮结构及裂纹部位  53-54
  4.3 混流式水轮机转轮裂纹成因分析  54-56
  4.4 裂纹处理及预防措施  56-57
  4.5 基于声发射转轮叶片裂纹扩展趋势预测方法  57-58
  4.6 本章小结  58-59
第五章混流式水轮机转轮安全评估基础研究  59-69
  5.1 前言  59
  5.2 水轮机转轮安全评估方法研究  59-67
    5.2.1 水轮机振动安全评估  60-61
    5.2.2 基于断裂力学转轮安全评估  61-63
    5.2.3 基于振动与声发射技术转轮综合评价  63-67
  5.3 安全评估方法适应性分析  67-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-76
致谢  76-77
攻读学位期间发表的学术论文目录  77

裂纹发展趋势预估及转轮安全评估基础研究

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