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標題:
估算裝配部件沖擊載效應
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作者:
偉光
時間:
2016-12-3 22:39
標題:
估算裝配部件沖擊載效應
本帖最后由 偉光 于 2016-12-3 22:43 編輯
* L$ y( U) v+ m" ^% c6 _( w5 j
2 n" N. ]2 @, I# G9 l: O( v1 b& E- l
三代核電壓水堆采用非能動安全策略，
5 p7 g6 }! Q' `3 @& W8 j0 ?2 W
采用無軸封的屏蔽式核主泵，
8 x. q4 J4 a4 Y! j! F, A" K+ E$ v
核主泵為一回路壓力邊界，
" R: \, S) J$ z( R A
推力軸承為水潤滑，
* D, c& B+ q$ w$ F3 }
惰轉飛輪與推力盤復合結構，
: Q; H! C0 r& N
推力瓦往往為石墨或碳碳復合材料，不耐沖擊
$ A; u: d0 ~% ]! w m5 N' T3 l
在設計階段如何估算安裝時安全落入高度？
9 t8 i" M: g1 p8 d6 [* ]
[attach]408224[/attach]
5 P3 U, h: z) Y: w
上圖的物理模型可以進一步簡化為下圖碰撞數學模型
+ F3 X9 ^! `0 v
[attach]408225[/attach]
; H! Z- L/ Q8 n. ~1 T
推力瓦的數量為n，轉子的質量抽象為一個質點m，轉子下降速度為v，
8 b2 b! W5 m# a6 e
推力盤距離推力瓦的高度為h，推力瓦簡化一個兩點簡支梁，
* }6 Q& Z& Y% Y. ?, z: H3 E1 D
并且做以下假設：
. _0 N+ W& J0 A8 v7 | g( |/ y
a、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉
& |5 w6 q& T# B' |
b、不考慮推力瓦之間載荷不均勻性
$ }% [$ M" J* w- W, X1 G' @
c、不考慮推力瓦具體限位結構帶來的周向和徑向微小偏轉
( p3 @7 j w4 r# T
d、假設推力軸承為剛性支撐，沖擊過程推力盤變形折算至推力瓦處，
6 ?% o2 Z) z$ x8 j3 N! \* N( W8 `
e、假設被沖擊的推力瓦重量與轉子重量相比很小而且可忽略不計，
+ r) \ N7 A7 C c
這個時候轉子與推力瓦接觸后，可認為附著與推力瓦上而成為一個系統，
' q6 ]1 q2 d1 T! D( R
在隨后的過程中轉子沿著沖擊方向的運動即可用一個單自由度系統的彈性擾動來模擬：
! b r! g* }" o* c; {9 }8 `
! T' |+ E2 B$ n
（dangdangdang，敲下黑板）
; L1 f( |, ~9 I' r+ t
$ n- M x' D% h- L: C1 o8 q
2 I( h& |. o9 ?0 J. d& [
力的本質是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
- |6 x% ~! _2 K4 |3 T8 w! |* ^
在這個碰撞工況下，梁的變形應力F1，就是相互作用，
0 G% m/ A8 L+ y$ E
碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.
1 G# y2 x, ?* l, C! c% L S
/ N# ^6 P; U! U) N h6 F" o
9 ]- v, e, c$ S; }8 |- ?
好啦，沖擊力F=F1+F2，
% c5 e0 N% u9 |
假設梁的靜態變形值為Δ，即位移，
/ \ ^1 I( p8 s. h7 Z) P* E
根據胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數，
5 s- j1 ?6 v5 g( G$ u9 C/ j. b
既然是位移，一階導數為速度，二階導數為加速度a，
. O r! e* r/ W3 |. f) s6 w; j- Z
所以F2=（Δ的二階導）*m/n
/ G" F- C/ M. N: v
( F3 J8 q5 b& @& U c" `+ d
t7 b/ L1 O- E; N
整理一下：
3 ~9 i9 e; m1 a; G# C
[attach]408227[/attach]
. J5 L0 m5 ^8 u- @6 _9 B' M
0 t% k% X- n, \$ N2 [. w
哦原來是一個二階微分方程，對他求解一下：
, g. D" V! ` J& r
[attach]408228[/attach]
+ ~5 h4 v) u2 _- N+ U$ t _% b
- U9 y- B7 r$ N) m& x
根據前面假設，Δ一階導為V0，Δ在0秒時值為Δ，繼續簡化為：[attach]408239[/attach]
7 ~: e& |# o; [' R1 ^9 P( c
[attach]408231[/attach]
# T* k0 Z/ M5 a9 G0 U
( g$ j# q' p9 Y5 }1 X
在轉子插入屏蔽電機的過程，轉子是勻速點動下降，
/ x6 d6 F% W& J$ Q4 i+ X
轉子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0，
# C, f& J8 O' c/ D& f
在最后一次點動下降之前，推力盤距離推力瓦高度為h；
/ q# R) O9 O* R3 h1 ?( u
在最后一次下降過程中，
" X9 G0 C5 J. r" v
推力盤與推力瓦即將接觸的一個微小時間前數值為v0，
+ E; R; G# E; P. m. h: y. F& h0 u
轉子的重力勢能G轉化為轉子動能E，根據能量守恒原則，重力勢能的變化等于下落動能的增加。
. G, x, V4 V T5 p* B, d
9 T8 f) d" A% q+ @, Q4 W5 ]: p4 k
[attach]408233[/attach]
% I' F& Z' Z6 P0 _" g: l
9 u6 S% q) c0 S/ r, W
可見，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的，
W' G* }! W& s% I7 ?& Y7 H( f
即便推力盤在與推力瓦之間無限接近處初速度為0的狀態下發生碰撞，
( @, i. S: a# e
碰撞產生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍。
/ g2 B6 }( u5 T/ B
6 u5 J. E4 Q4 ^
根據某型核主泵水潤滑推力軸承靜態載荷變形計算，累計等效變形為0.07mm，
0 V1 c R) O& T+ i& x/ G3 n1 m
+ H# [" j9 k7 C( c' Y6 |& P. @" [4 b
. g. a/ m) l& ~1 _0 G
某型核主泵推力軸承裝配對應的動載荷系數
* x: b t. i; J' @7 ^/ }+ B
[attach]408234[/attach]
( `& D9 t; `! o- A' i
對于某型核主泵，轉子最后一次下落時的高度h不同時，
* I. A3 a4 `9 X: [) n! t3 X d0 O
其動態載荷系數K變動較為明顯，如下圖所示，
X5 B m; @% y! d5 l
隨著高度h從0mm增加至100mm，動態載荷系數從2增加至54.46。
7 [' i& ?) @, i: g
: l r8 |6 l. M
[attach]408235[/attach]
# r8 j5 P( j" T( f! t/ ]3 m
! ?- b% e b6 A8 ^/ ^4 L( p
核主泵水潤滑推力軸承推力瓦材料一般選用石墨或碳碳復合材料，
0 G% q4 j; b5 K7 C% j
三代核電瓦面材料的抗折強度一般應大于90MPa，
; T5 V& ?/ [" Q6 b* B+ a' x% u, z
可以根據最小抗壓強度推算裝配過程發生沖擊載荷時轉子的最大安裝落入距離hmax；
8 z1 [& @- C8 j
瓦面抗折強度為P，最大取值90MPa，此推力瓦面瓦型為階梯型，最大點靜載荷為P0，取值約1.5MPa，
& P' c- i7 W7 ~, F+ C
/ I7 v/ s7 P2 u, ~3 i/ X) U
[attach]408236[/attach]
" y6 l0 B* r$ }
7 b/ Y! p; X! T+ z" \" I
' w+ H" C8 p7 o4 `5 N0 w4 A
從上可知，在核主泵推力軸承支撐結構固定時，
) o. q. m* g! Q1 f; f6 v
瓦面抗折強度增加時，最大安裝落入距離增加，
- Z t$ a# H1 W6 o6 a/ v% b6 n5 ~
瓦面最大點靜載荷增加時，最大安裝落入距離減小，其分布規律如下圖所示。
1 M* s8 G- G& n r' }# y7 j
7 N* d# a' o. A4 h9 |5 \% |( t
[attach]408237[/attach]
7 w, G/ E5 S8 ]" \8 {: J' ~
6 P! n7 r+ t; y7 K. O4 Z0 o
將P=90，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm。
+ o; k, k' T/ G6 N7 h' y4 a
根據以上分析，此核主泵插轉子過程中，一旦落入距離大于122mm時，
* U: L% _; j, t: S
瓦面的局部區域將發生部分淺表層脫落，在安裝過程中，推力瓦表面將產生的破碎顆粒。
1 p5 Y& N" Z& Y1 x$ D
# p, f6 ^) m4 E+ O% P k2 e. C
可見當初速度為0時，沖擊載荷主要和兩個因素有關，靜載荷變形和碰撞距離。
( e/ r% x* l: B; n. t- X
8 z7 R# D# l( Y* Y. A2 n6 L
PS：江湖傳言天下武功唯快不破乎？為何武功高手劈樹不砍樹梢，請諸君自解。
0 K) V0 ?+ r* f$ y, l
2 c$ f! o0 K/ M. b4 p
% @3 X$ y+ d! ]( n; u
8 Z' G3 V# R% a( p: w4 Q0 Z
: e2 |# ^5 Q/ b v' y: z
作者:
未來第一站
時間:
2016-12-3 23:25
嘖嘖！連裝配下落高度都要嚴格計算！
) V/ t/ j* r5 [3 u
相比之下我等都是干粗活的苦力了！
/ T3 T) d9 O1 a% |
謝謝大俠分享！
8 m2 q1 B7 b s: I6 c }
3 d0 X9 O2 M; e6 w0 n) v
作者:
生存于山水
時間:
2016-12-4 10:32
敬禮
作者:
454141017
時間:
2016-12-4 11:47
自由落體動能與承接材料的應力平衡距離為121.8mm. 計算出來之后，減半脫手即可無憂。
作者:
pengzhiping
時間:
2016-12-4 19:34
大俠你在電機論壇的發的手寫帖子怎么沒有找到！
作者:
pengzhiping
時間:
2016-12-4 19:43
向這務實的大俠學習致敬！
作者:
成形極限
時間:
2016-12-4 20:04
高手！這才是工程師應該干的事情！分析推理循序漸進，有理有據！典型范本
作者:
菜鳥科學
時間:
2017-1-3 16:44
高手的帖子差點錯過了。
歡迎光臨 機械社區 (http://www.odgf.cn/)
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