轴流风机叶片裂纹的非线性研究王依，江应国9江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）力分布及轴向位移的计算，通过对比分析叶片应力-时间函数曲线，得出应力集中加快裂纹扩展结论。同时，分析了导致出现裂纹和叶片断裂的多种因素，提出了控制叶片裂纹的对策，使叶片裂纹得到了有效的控制。

　　43：A叶片裂纹的频繁产生，给安全生产带来了严重的挑战，也影响了企业的正常生产6对于一般的轴流式风机，由于在铸造、焊接及设计上的缺陷，容易造成叶片应力集中，导致了裂纹的出现hi.同时受气候、风力、地理位置等因素制约，在选择材料时，不可能只考虑硬度高、抗疲劳强的材料，使得叶片材料没有绝对的强度保障。

　　1叶片动力响应的非线性方程风机转轮在运行过程中，受到风流激振力的作用，使叶片产生受迫振动M，分析叶片在风流激振力作用下的响应，进而获得其动应力。采用坐标变换法中的振型迭加法求得叶片在主模态坐标下的基金项目：江西省自然科学基金资助项目（0550029）。

　　-），男，2004级硕士研究生。

　　响应方程：3个方向位移（如叶片*下面向上箭头）。

　　2.4叶片载荷施加及应力计算的结果与分析风机叶片在风机运行时，所承受的荷载为：旋转流场中的空气对叶片的分布压力、旋转惯性力和叶片结构本身的自重。叶片上的压力分布采用叶片流道内流场的计算结果，将其输入到ANSYS软件中。叶片的旋转惯性力可通过ANSYS软件中的相应计算功能而实现，叶片结构本身的自重也可通过ANSYS程序本身去实现。

　　时，其叶片的应力分布如、、、所示：载荷作用下叶片应力分布R载荷作用下叶片应力分布风机含裂纹叶片边界条件约束由以上4组图片可以看出，当叶片根部产生切向裂纹时，在载荷作用下，叶片应力基本集中在顶部区域（图中颜色越浅的区域，代表应力值越大）。

　　但当载荷达到200.0MPa时，其根部受力突然急剧增加，且应力集中转移到根部区域，由于该区域为裂纹源处，则加大了裂纹扩展的可能性。

　　从叶片应力集中的区域的转移可知，当其载荷达到一定限度后，其应力变化呈现出非线性变化，这样就加大了监测的难度，也给机械设备带来了很大的安全隐患。

　　进一步分析叶片在载荷下应力分布得知，风机正转，前5秒钟内，该裂纹处一节点*大应力约为-225MPa（如），该横坐标"代表载荷施加时间，纵坐标代表该节点应力值，其负号表示方向为轴负方向，且整个应力的求解过程是线性的，满足应力计算的条件。从有限元分析计算结果来看，风机叶片应力分布是合理的，但实际*大应力（如225MPa）已经接近叶片材料的许用应力范围：180 ~240MPa的*大值，且分布在叶片裂纹源附近，则叶片的强度没有足够的安全系数。

　　在交变循环应力的作用下，叶片经受一定次数的应力交变，因当循环应力超过了一定限度并经历了多次的交替重复后，在构件内部应力*大或材质薄弱处（如叶片与转轴的焊接处），将产生新的细微裂纹，这种裂纹随着应力循环次数增加而不断扩展，并再次形成宏观裂纹。在扩展过程中，由于应力循环变化，裂纹两表面的材料时而相互挤压，时而分离，或时而正向错动，时而反向错动，从而形成断口。另一方面，由于新、旧裂纹不断扩展，当达到其临界长度时，叶片根部将发生突然断裂。

　　3叶片裂纹的预防措施从叶片裂纹有限元结果，可以看到应力的集中分布加剧了裂纹的扩展；在交变循环应力的作用下，叶片根部将发生突然断裂。针对类似现象，为避免发生这样的事故，提出以下几点建议：在满足工况要求的前提下，设计时尽量减少叶片的长度，在对叶片进行强度分析时，应适当考虑气动荷载的作用。

　　选用对称式叶型和机组的布局结构。

　　尽量减少软连接处的凹凸尺寸，并使全部叶片顶部与风筒之间的间隙均匀。

　　设计应力引导槽，消除或降低叶片的残余应力。

　　提高叶片与转轴焊接处的强度，增强其承载能力。