20435

۲۰۴۳۵

توسعه مدل ارزيابي خستگي - خزشي توربين گاز تحت بارهاي ترمومكانيكي در چارچوب مكانيك خرابي محيط پيوسته

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۲۲

دكتر بيژن محمدي

مكانيك

هدف از اين تحقيق ارائه مدلي براي ارزيابي عمر خستگي - خزشي اجزاي تحت بارهاي ترمومكانيكي در يك توربين گاز است. اجزاي ناحيه داغ يك توربين گاز كه شامل بخش توربين و محفظه احتراق است تحت بارهاي حرارتي و مكانيكي در اثر مكانيزم هاي خستگي و خزش دچار آسيب مي شوند. آسيب به صورت توامان رخ مي دهد، لذا لازم است اثرات آنها و برهم كنش اين دو مكانيزم در كنار هم مورد توجه قرار گيرد. پس از معرفي مختصري از مكانيزم هاي خستگي و خزش و روش هاي كلاسيك ارزيابي عمر در آن حوزه ها، معايب آنها از جمله عدم توجه به اثرات متقابل خستگي و خزش بيان گرديد. سپس روشهاي ارزيابي عمر خستگي و خزش برپايه آسيب مورد بحث و بررسي قرار گرفت. در نهايت به منظور دستيابي به اين هدف تحقيق، مدل ويسكوپلاستيك چبوش كه قابليت مدل سازي رفتار آلياژهاي نيكل را داراست بكار گرفته شده است. روابط رشد آسيب خستگي و خزشي ارائه شده توسط چبوش و كاچانوف به مدل ويسكوپلاستيك اضافه شده و در نهايت مدل كامل بدست آمده توسط UMAT به نرم افزار المان محدود آباكوس معرفي شده است. صحت كد نوشته شده به كمك چهار تحليل و ارزيابي عمر در هندسه هاي ساده بررسي شده است. پس از اطمينان از صحت مدل پياده سازي شده، فرايند ارزيابي عمر براي يك نمونه پره از طبقه انتهايي يك توربين كم فشار تحت بارهاي ترمومكانيكي انجام شده و متناسب با آسيب هاي خستگي و خزشي ايجاد شده در پره، عمر آن به صورت ميزان ساعات كاركرد، تعداد دفعات روشن و خاموش شدن توربين و ساعات عملكردي معادل بيان و بحث شده است. مقايسه نتايج حاصل از اين تحليل با ميزان عمر معمول پره هاي توربين در اين كلاس كاري نشانگر كاربردي بودن اين مدل و روش به كار گرفته شده مي باشد.

1398/02/16

Developing a continuum damage mechanics model on creep-fatigue life assessment of a gas turbine

3/12/2020 12:00:00 AM

The aim of this project is to propose a procedure for predicting creep-fatigue life of gas turbine components. Components in gas turbine hot section such combustion chamber and turbine gets damaged under effect of thermomechanical loadings. These damages developed via fatigue and creep together, thus it is necessary to identify their interaction on each other. First, creep and fatigue mechanisms were briefly introduced and classic procedures for their life prediction and their pros and cons were expressed. Then damage based models were discussed and to achieve project’s goal Chaboche’s elasto-viscoplastic model which is an appropriate model for simulating the behavior of nickel alloys being used. Damage evolution rules for fatigue and creep which introduced by chaboche and kachanov respectively added to viscoplastic model and implemented in Abaqus by a UMAT. After verification of Generated subroutine by using it in four analyses for simple models, a rotor blade of last stage of a low pressure turbine was used in the process of creep-fatigue life assessment. Predicted life has proposed in three ways as the operating hours, number of starts and the equivalent operation hours which is the common ways of announcing gas turbines life. Comparison the gained results with common gas turbines life represent that this procedure’s capability and practicality.