ANSYS模拟水轮发电机主轴螺栓联接的应力分析

“水轮发电机主轴螺栓联接的有限元分析 (2014年)” 本文是一篇工程技术论文，主要探讨了水轮发电机主轴螺栓联接的可靠性问题及其解决方案。作者团队通过运用ANSYS软件进行有限元分析，对传统安全系数法设计的水轮发电机主轴螺栓联接进行了深入研究。在实际工程中，主轴螺栓联接是保证水轮发电机稳定运行的关键部分，其设计的可靠性直接影响到设备的安全性和使用寿命。 在研究中，作者首先指出了一个具体问题，即某水轮发电机主轴螺栓联接在仅采用传统安全系数法设计的情况下，得出的最大应力为72.0 MPa，这被认为可靠性不高。为解决这一问题，他们构建了一个由精细结构和一般结构组成的主轴螺栓联接有限元模型。精细结构模拟了1/12对称的螺栓联接，而一般结构则仅模拟上下法兰，用于传递主轴的扭转力矩。两者之间通过约束方程实现联接。在模拟过程中，利用TARGE170/CONTA174单元模拟螺栓与法兰轴的接触，PREST179单元则用于模拟螺栓的预紧状态。 接下来，作者进行了额定工作状态下的应力分布计算，对比分析了有14.5mm垫片和无垫片两种主轴螺栓联接结构。研究发现，两种结构均能满足强度要求。无垫片结构的螺栓最大应力达到了92.6 MPa，相比传统安全系数法计算的结果增加了28.61%。而有垫片结构的各部件应力平均增加了4.10%至8.55%，螺栓的最大应力则上升至96.4 MPa，比无垫片结构增加了4.10%。 这些研究结果揭示了螺栓联接设计中垫片的重要性，以及有限元分析在优化设计、提高可靠性方面的价值。通过有限元分析，可以更准确地评估螺栓联接在实际工况下的应力分布，从而为水轮发电机的设计提供更为科学的依据，确保设备的安全运行和长期稳定性。 关键词涉及水轮发电机主轴、螺栓联接、有限元法和ANSYS软件的应用。这篇论文对于从事水电站设备设计和维护的工程师们具有很高的参考价值，它提供了改进现有设计、提高设备可靠性的新思路和技术手段。