20624

۲۰۶۲۴

تخمين عمر پره دوار توربين گاز تحت بارگذاري سيكلي پيچشي-خمشي به روش توليد آنتروپي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - سازه هاي فضايي

1395-1397

۱۳۹۸/۲/۲۳

دكتر بيژن محمدي سنگجويي

مكانيك

در اين پژوهش با استفاده از شبيه‌سازي در نرم¬افزار ANSYS و به كارگيري روش¬هاي ترموديناميكي، عمر خستگي كم¬چرخه براي نمونه¬هايي از جنس آلومينيوم 2024-T42 و آلومينيوم 7075-T6 با دو نوع شيار متفاوت و آلياژ پايه تيتانيوم Ti-6Al-4V براي يك نمونه استاندارد و سپس با تعميم اين روش به يك پره توربين گاز تخمين زده شده است. نمونه¬هاي آلومينيوم مورد نظر و هم‌چنين نمونه استاندارد آلياژ تيتانيوم Ti-6Al-4V تحت بارگذاري محوري و پره توربين تحت بار گسترده بر روي سطح داخلي پره و هم‌چنين نيروهاي سانتريفيوژي قرار دارند. انرژي توليد شده توسط كار پلاستيك به¬عنوان منبع انرژي كه منجر به تغييرات دما مي¬شود، با كد APDL به سازه اعمال مي¬شود. از آنتروپي توليد شده ناشي از گراديان دما و ديگر متغيرهاي آسيب به دليل كوچك بودن مقدار آن‌ها در مقايسه با آنتروپي توليد شده از كار پلاستيك صرف‌نظر مي‌شود. آنتروپي توليد شده پس از هر سيكل بارگذاري محاسبه شده و مجموع آنتروپي¬هاي توليد شده از ابتدا تا لحظه شكست نهايي به عنوان آنتروپي نهايي شكست معرفي شده است. با محاسبه آنتروپي نهايي شكست در يك سطح بارگذاري، عمر خستگي كم‌چرخه در سطوح ديگر بارگذاري محوري محاسبه شده و نتايج به¬دست¬آمده از روش¬هاي ترموديناميكي با نتايج تست‌هاي آزمايشگاهي و هم‌چنين روش¬هاي كرنش پايه شناخته¬شده مقايسه شده است. عمر تخمين زده شده از اين روش، مخصوصا در عمرهاي پايين، مطابقت قابل قبولي با نتايج آزمايشگاهي و ديگر معيارهاي تخمين عمر دارد. جهت تعميم اين روش به آلياژي از جنس تيتانيوم با نام تجاري Ti-6Al-4V، ابتدا ميزان آنتروپي توليد شده براي يك نمونه ساخته شده مطابق با استاندارد E606/E606M-12 ASTM تخمين زده مي‌شود و با عمر به دست آمده در چند سطح بارگذاري مختلف صحت‌سنجي مي‌شود. پس از اين، آنتروپي محاسبه شده به‌عنوان ورودي براي تخمين عمر پره دوار توربين كمپرسور با فشار آيروديناميكي گاز برخوردي 1-6/0 مگاپاسكال و سرعت دوراني 3000 دور بر دقيقه كه در دماي اتاق قرار دارد، استفاده مي‌شود و عمر خستگي كم‌چرخه براي يك نمونه پره توربين گاز در ريشه پره كه بيش‌ترين احتمال آسيب در خستگي كم‌چرخه را دارا است، به اين روش تقريب زده مي‌شود.

1398/03/19

Fatigue life prediction of gas turbine blades using entropy generation methods

5/13/2019 12:00:00 AM

In this research a new entropy based criterion is proposed by considering FFE (the final failure entropy) to quantify the fatigue life of notched specimens. FFE is the accumulation of the generated entropy per cycle up to final failure. Of the aims of this research is to reduce the number of conducted experimental tests to characterize FFE for Al-7075 and Al-2024. The hypothesis of this work is, FFE is a constant value, regardless of loading and geometry of specimen. The parameter of FFE is calculated by simultaneous use of FEM modeling in ANSYS and the obtained results of tension-tension fatigue tests in a specified amplitude of loading. In order to examine validity, the obtained results for different amplitudes of loading using proposed model are compared with the results of the well-known strain based models and experimental data. The proposed method demonstrated a considerable advantage in comparison with the well-known strain based methods in the precision of results.