基于PSD方法的閥門反饋桿隨機(jī)振動疲勞壽命研究

肖夢凡，楊彬，張立德

（中廣核研究院有限公司，深圳 518031）

調(diào)節(jié)閥閥門反饋桿的作用為反饋閥位給定位器，若反饋桿在閥門運(yùn)行過程中發(fā)生斷裂，則定位器輸出最小值，影響操作人員對閥門開度的判斷。本次研究的閥門為電動調(diào)節(jié)閥，閥門設(shè)計(jì)溫度為316 ℃，設(shè)計(jì)壓力為94.5 bar（1 bar = 0.1 MPa），閥門在100%開度時(shí)，由于管道內(nèi)流體沖擊閥瓣，導(dǎo)致反饋桿與聯(lián)軸器位置產(chǎn)生隨機(jī)振動。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測，反饋桿與聯(lián)軸器位置振動較大，長期運(yùn)行導(dǎo)致反饋桿連接位置疲勞斷裂[1]，斷裂后的反饋桿如圖1 所示。

圖1 反饋桿斷裂圖Fig.1 Feedback rod break diagram

隨機(jī)振動理論與方法自1958 年提出后，在各行各業(yè)進(jìn)行了廣泛的研究，隨著測振技術(shù)和有限元仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，使得評估結(jié)構(gòu)在隨機(jī)振動載荷作用下的壽命成為可能。目前工程上通用的方法為功率譜（PSD）密度法，功率譜密度函數(shù)是穩(wěn)態(tài)隨機(jī)過程的頻域描述[2]，表征了隨機(jī)過程在頻域上的能量分布。對于本文研究的反饋桿結(jié)構(gòu)，基于PSD 的隨機(jī)振動疲勞壽命分析步驟如下：

（1）測量反饋桿斷裂位置的隨機(jī)振動數(shù)據(jù)，得到時(shí)序的振動加速度數(shù)據(jù)；

（2）通過傅立葉變換，將測量的時(shí)序信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣β首V；

（3）利用有限元軟件，對反饋桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行PSD分析，得到反饋桿危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)的局部應(yīng)力響應(yīng)；

（4）基于高斯分布和Miner 線性累計(jì)損傷準(zhǔn)則的三區(qū)間法，對反饋桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)振動疲勞壽命計(jì) 算。

1 功率譜的求解

在工程應(yīng)用上，常把隨機(jī)振動視為平穩(wěn)隨機(jī)過程，其統(tǒng)計(jì)特征量不隨時(shí)間變化而……