code_aster案例︱交流发电机轴承运行状态的模拟

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1.关于code_aster

SALOME_MECA是一个具有用户友好图形界面的开源软件，它在SALOME数值模拟平台中集成了code_aster有限元计算程序，是由法国电力公司研发部开发的计算机辅助工程CAE软件，可以用来研究线性、非线性问题，作动、静态的热、力耦合结构分析。AsterStudy是一个全新的在SALOME_MECA平台内的code_aster用户图形交互界面模块，将数据设置和力学算例的启动在SALOME平台内统一化，代替了传统的aster模块和EFICAS界面，用户体验已经可以媲美商业软件。

code_aster提供全系列的多物理场分析和建模方法，远远超出了热-力计算代码的标准功能。该软件包含广泛的本构定律（如弹性、弹塑性、弹粘塑性、辐射下的燃料棒和金属，等等），能够处理线性和非线性问题（接触，摩擦，断裂力学，地震分析，等等），同时，也可被用于土木工程结构的性能分析，微观尺度的晶粒计算，几乎含盖了核工业涉及的所有固体力学应用领域。

2.基于EDYOS与code_aster的耦合模型技术对1300MW级交流发电机轴承运行状态进行模拟的方法及其意义

研究背景

发电机轴承是发电厂交流发电机组的重要组成部分，对交流发电机的平稳运行具有至关重要的影响。

然而随着发电厂装机容量的不断提高，发电机轴承的故障率也逐渐升高，轴承寿命在减少，大大降低了发电厂的生产效率。这类问题对于装机容量巨大的核电厂影响尤为突出。在位于法国里昂南部的圣阿尔邦（Saint-Alban）核电站（装机容量：2 × 1300 MW）在2008年7月发生的事故就是一个典型案例：其1号机组常规岛的发电机轴承在启动阶段发生故障，造成该机组在3个月内都无法投入使用。

另外一个案例发生在位于法国北部的帕吕埃尔（Paluel）核电站（装机容量：4 x 1382 MW），其3号机组常规岛的发电机轴承在2009年9月运行过程中发生故障，造成该机组长达6个月的停摆。

从这些案例我们可以看到，发电机轴承状态对于发电厂机组的正常运行具有极为重要的影响。因此为了更好地监控轴承的运行状态以及分析其发生故障的原因，我们需要一个强大的工具对其进行数值模拟研究。

模拟工具及方法

模拟工具

在模型建立中主要运用的工具为EDYOS和code_aster。

其中EDYOS可以对轴承的运行状态进行全面而详细的分析，进而对其静态与动态特征进行解析与评估。总体方面：可以分析轴位置，能量耗散以及润滑油流量等项目；场的分析方面：可以解算出轴承附近的温度场，压力场以及润滑油层厚度等结果；动力学方面：可与另一模型Code LA耦合进行线性以及非线性动力学分析。

在解算过程中，EDYOS主要通过热流体动力学分析 (Thermohydrodynamic(THD) Analysis)得出轴承在运行过程中的温度，压力场等数据。然而事实上轴承在运行过程中产生的大量热量和机械负载会使构件本身产生形变，而这种形变对于其他场数据的影响是不可忽视的，因此考虑形变因素的热流体弹性动力学分析（Thermoelastohydrodynamic (TEHD) Analysis）是必要的。由于EDYOS自身无法分析形变，因此需要结合code_aster热机分析的相关功能得出形变场，再导入EDYOS，进而对轴承在极限条件下的运行状态进行分析。

模拟的具体流程

在该分析中我们的研究对象是1300MW级交流发电机轴承。如前文所述，在模拟中需要涉及到EDYOS与code_aster的耦合。具体流程如下：