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標(biāo)題: 估算裝配部件沖擊載效應(yīng) [打印本頁]
作者: 偉光    時間: 2016-12-3 22:39
標(biāo)題: 估算裝配部件沖擊載效應(yīng)
本帖最后由 偉光 于 2016-12-3 22:43 編輯 " z0 [: d! K- O7 |( k; t; H; r
+ L; V! _; M' e
三代核電壓水堆采用非能動安全策略，* ~  ~4 y% y/ t3 ?7 W. b1 G( ~
采用無軸封的屏蔽式核主泵，7 ]' H( a2 Z! H% h. t+ d- X( q) Y+ V
核主泵為一回路壓力邊界，
8 k- P( \9 D* ~9 b推力軸承為水潤滑，
& J! n  }" H( E  g惰轉(zhuǎn)飛輪與推力盤復(fù)合結(jié)構(gòu)，0 l' Y) t3 K! N6 M; Q; k9 f
推力瓦往往為石墨或碳碳復(fù)合材料，不耐沖擊
  F3 v+ g# u! p7 l+ v/ c在設(shè)計階段如何估算安裝時安全落入高度？
8 y9 C% |3 G: z9 A7 Z[attach]408224[/attach]
. p/ Q5 r# h9 c2 O2 y5 S( X/ ~上圖的物理模型可以進一步簡化為下圖碰撞數(shù)學(xué)模型" r8 t: [! _6 D6 b+ g) g
[attach]408225[/attach]/ q# S/ z) o% i' E, L! s* i" |
推力瓦的數(shù)量為n，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量抽象為一個質(zhì)點m，轉(zhuǎn)子下降速度為v，
% m! j: b" M! e! P( V- c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，
! t9 V1 Y% j( M$ m1 w% T并且做以下假設(shè)：
+ X* C5 _, [% F  Ta、不考慮推力盤在軸向的微小偏轉(zhuǎn)
' ~' O+ z  D( v$ S% vb、不考慮推力瓦之間載荷不均勻性1 }+ E  I9 c" v7 ?9 c
c、不考慮推力瓦具體限位結(jié)構(gòu)帶來的周向和徑向微小偏轉(zhuǎn)
+ j* p% J+ k& K2 x( ^9 Ed、假設(shè)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，
) P9 J: b; k& m/ q* v# we、假設(shè)被沖擊的推力瓦重量與轉(zhuǎn)子重量相比很小而且可忽略不計，( D# h0 N) f+ d9 [% U0 S/ ]2 {
這個時候轉(zhuǎn)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(tǒng)，
7 Q9 V2 ]. {/ l% u  \( I& D& g在隨后的過程中轉(zhuǎn)子沿著沖擊方向的運動即可用一個單自由度系統(tǒng)的彈性擾動來模擬：5 f. p: g0 N5 d

+ E( [$ D% z$ o' _4 D1 h$ z1 C3 ^（dangdangdang，敲下黑板）
( i  t5 m2 ]  b% C, P9 j5 `- {
$ L: @; Q# g2 r# H# n1 O, r2 ]( b: k
力的本質(zhì)是什么？相互作用，慣性系中的相互作用，
7 L/ @6 p4 M3 q+ @  ?; `在這個碰撞工況下，梁的變形應(yīng)力F1，就是相互作用，
1 m$ c+ e, L3 k1 m4 Y6 S碰撞物所在的慣性體系中的等效力F2=Ma.
! s/ L9 K( p6 |+ C0 X& Y+ g% O; ]  E1 ^% g# K, I
, F  Z' ~( n, T  p% G& E6 L
好啦，沖擊力F=F1+F2，/ ~5 K9 R& l, ]7 u+ h
假設(shè)梁的靜態(tài)變形值為Δ，即位移，+ A" u* W, C. D( [1 n1 m
根據(jù)胡克定律F1=k*Δ，k為梁彈性系數(shù)，6 p$ P1 D3 ^" e/ N7 ~0 F( T
既然是位移，一階導(dǎo)數(shù)為速度，二階導(dǎo)數(shù)為加速度a，9 N8 b7 L. A3 P, f; J
所以F2=（Δ的二階導(dǎo)）*m/n3 S8 w- Q; |7 W: C: Y! a# [

* y# j$ z2 ]: v/ e) d& N3 ^8 [, L- X8 R: I$ P8 h+ q
整理一下：$ t4 D! Q' y  t, w  W( w
[attach]408227[/attach]
% ]3 Y5 ]. t' w8 R6 l
# y' E- ?" h: n5 w% s+ ?哦原來是一個二階微分方程，對他求解一下：
* W: r9 z( Y: |4 X[attach]408228[/attach]& M% g4 c: n2 U0 V

9 P5 j! j2 [3 e- L. d4 O根據(jù)前面假設(shè)，Δ一階導(dǎo)為V0，Δ在0秒時值為Δ，繼續(xù)簡化為：[attach]408239[/attach]
# S' X2 f) f+ o2 B$ O5 l[attach]408231[/attach]! n; V0 A4 W$ ]9 k3 H
2 E" F7 f  Z; q5 ~% _7 B
在轉(zhuǎn)子插入屏蔽電機的過程，轉(zhuǎn)子是勻速點動下降，5 D- T6 n' I6 P9 Z
轉(zhuǎn)子的推力盤在與推力瓦接觸前，初速度為0，6 U4 u+ G# S* {, o" h  s
在最后一次點動下降之前，推力盤距離推力瓦高度為h；
+ g" I3 R- t  U  Q3 E7 c  C9 P2 ]在最后一次下降過程中，; I/ K" Y9 S8 B; V# A
推力盤與推力瓦即將接觸的一個微小時間前數(shù)值為v0，  n- t: M( g7 \. E# F! L- ?  B
轉(zhuǎn)子的重力勢能G轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子動能E，根據(jù)能量守恒原則，重力勢能的變化等于下落動能的增加。
( b9 w. {  e5 F8 H& k/ b4 \* T4 A& o6 F: |) Y- n) H
[attach]408233[/attach]7 L: k  g3 Z/ Q! X7 ?2 |
6 q: S/ K3 J6 Y- A" j5 ?2 r" i# d
可見，安裝過程中的動載荷沖擊是不能簡單忽略的，
6 U% Q" h, e# c$ O1 C/ `  e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(tài)下發(fā)生碰撞，4 g$ S+ H0 F6 N. i- T: D4 e, D
碰撞產(chǎn)生的沖擊載荷至少為靜載荷的兩倍。9 [7 f6 U: |9 C" W
) J2 Z, A$ o; b2 m1 W% O
根據(jù)某型核主泵水潤滑推力軸承靜態(tài)載荷變形計算，累計等效變形為0.07mm，
& J: i" O2 n* [4 u3 r# R  l4 B( n# r% i1 e* z  I
+ h3 u2 T; J0 C. S. g# @! i/ ~
某型核主泵推力軸承裝配對應(yīng)的動載荷系數(shù)
5 \% k( Z( c! }; c; N[attach]408234[/attach]2 n; R: T, ]) k+ s
對于某型核主泵，轉(zhuǎn)子最后一次下落時的高度h不同時，
8 n$ P, U  P6 ^其動態(tài)載荷系數(shù)K變動較為明顯，如下圖所示，8 L  D7 U( w$ {9 }, U& F7 Q$ X- P
隨著高度h從0mm增加至100mm，動態(tài)載荷系數(shù)從2增加至54.46。! C# ~" t" i2 E6 o. j' ~2 x

' O) c# y% ~0 c, r2 l$ e6 ^[attach]408235[/attach]& H; k0 V$ y! c4 |- O
9 e- ]9 Y" ?$ V- g! M
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(fù)合材料，
3 z9 q9 }9 d5 G: `5 C' X: _0 k三代核電瓦面材料的抗折強度一般應(yīng)大于90MPa，, y4 s1 a$ I! g' V
可以根據(jù)最小抗壓強度推算裝配過程發(fā)生沖擊載荷時轉(zhuǎn)子的最大安裝落入距離hmax；
" J2 R* k. Y& d' L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，+ G4 R4 D! x- c  J
: B% L9 E) m) t# K" K
[attach]408236[/attach]1 I8 }- b4 k4 ^! e5 v
" i, V4 w# C: p0 Z% y  F

5 g3 t) w3 b; j. U從上可知，在核主泵推力軸承支撐結(jié)構(gòu)固定時，
  {+ y2 ?: ]2 E, V瓦面抗折強度增加時，最大安裝落入距離增加，
7 Q, q3 R* N5 W4 ~+ R5 p9 X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(guī)律如下圖所示。6 d% b4 G$ j  I8 l- ~& U; Z
9 s2 S' k0 b, Q( W! c6 y* X
[attach]408237[/attach]/ h7 S1 I! U3 v
+ \- L6 a! b; ]
將P=90，P0=1.5代入，可得hmax=121.8mm。5 X% k9 a, i% w: E4 ~) C! @. Z
根據(jù)以上分析，此核主泵插轉(zhuǎn)子過程中，一旦落入距離大于122mm時，
) J, B, T& g5 ^( v3 v6 X瓦面的局部區(qū)域?qū)l(fā)生部分淺表層脫落，在安裝過程中，推力瓦表面將產(chǎn)生的破碎顆粒。' m, m9 z3 B0 C' W8 ]$ ?$ ~& u$ P$ B2 q; g7 y

6 f, Z1 @- g8 f' B  `- r可見當(dāng)初速度為0時，沖擊載荷主要和兩個因素有關(guān)，靜載荷變形和碰撞距離。
+ G9 [* Z; G1 _6 c3 l  F& N" ~
9 n5 O7 w) t$ l5 rPS：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。1 `! R$ h5 \2 g4 N& @1 N
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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(yán)格計算！8 e' Z! Q7 C( h$ @# R% x+ \( Y3 a
相比之下我等都是干粗活的苦力了！
8 V$ d/ s4 i1 P; [- d6 q謝謝大俠分享！
! m+ d# e& e+ `7 |. L/ p
, B2 y2 T: q6 y0 Q6 Y& p
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(yīng)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(fā)的手寫帖子怎么沒有找到！
作者: pengzhiping    時間: 2016-12-4 19:43
向這務(wù)實的大俠學(xué)習(xí)致敬！
作者: 成形極限    時間: 2016-12-4 20:04
高手！這才是工程師應(yīng)該干的事情！分析推理循序漸進，有理有據(jù)！典型范本
作者: 菜鳥科學(xué)    時間: 2017-1-3 16:44
高手的帖子差點錯過了。



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