[发明专利]一种叶轮机叶根部位模拟试验件及设计方法

权利要求书

1.一种叶轮机叶根部位模拟试验件，其特征在于，包括：两个加载段、一对平行金属板和一个垂直金属板；两个加载段分别位于模拟试验件的两端，与平行金属板垂直，加载段与平行金属板通过加载段过渡圆角连接；垂直金属板位于两个平行金属板之间，且与中轴线存在一定偏离，垂直金属板与平行金属板通过试验段过渡圆角连接；两个加载段上均设置有并排销钉孔，用于与并排销钉夹具连接，施加轴向拉伸载荷；加载段与垂直金属板相互垂直；所述模拟试验件与夹具通过销钉。

2.根据权利要求1所述的叶轮机叶根部位模拟试验件，其特征在于：所述并排销钉孔的直径不超过加载段的宽度的三分之一。

3.根据权利要求1所述的叶轮机叶根部位模拟试验件，其特征在于：所述加载段与平行金属板连接的圆角的半径大于试验段过渡圆角的半径。

4.根据权利要求1所述的叶轮机叶根部位模拟试验件，其特征在于：所述垂直金属板的厚度小于加载段的厚度。

5.根据权利要求1所述的叶轮机叶根部位模拟试验件，其特征在于：所述平行金属板的厚度不小于加载段的厚度。

6.一种利用权利要求1所述的叶轮机叶根部位模拟试验件进行叶轮机叶根部位模拟设计方法，其特征在于步骤为：

(1)获取叶轮机叶根部位所在的叶片的几何模型，测量叶片最大厚度、叶根部分圆角半径；

(2)获取叶片的工作温度，以及该温度下材料的弹性模量、泊松比和屈服强度；

(3)根据叶片在实际工作中的转速、流场条件、温度和温度梯度，确定叶片受到的离心载荷、气动载荷和热载荷；

(4)以步骤(1)中所述叶片的几何模型作为实体模型，以步骤(2)中所述的弹性模量、泊松比、屈服强度作为材料参数，以步骤(3)中所述的气动载荷、离心载荷、热载荷作为施加的载荷，进行有限元分析，计算叶根部位的应力分布，以叶根部位Von Mises等效应力最大的点作为考察点，获取考察点的应力梯度和等效应变；

(5)以叶片最大厚度作为垂直金属板的厚度，通过调整垂直金属板与加载段轴线的偏移距离、垂直金属板根部的试验段过渡圆角半径与拉伸载荷，保证垂直金属板根部考察位置的Von Mises等效应力、应力梯度、等效应变分别与步骤(4)中获得考察点的Von Mises等效应力、应力梯度和等效应变相同；

(6)对经过步骤(5)确定的叶轮机叶根部位模拟试验件，根据确定的拉伸载荷，通过有限元分析进行模拟试验，确保模拟件受到拉伸载荷时，最大Von Mises等效应力与应力梯度发生在垂直金属板根部的试验段过渡圆角处，而非其他位置。