23816

مدلسازي و تخمين عمر خستگي حرارتي مكانيكي پوششهاي محافظ حرارتي پره هاي توربين گاز

كارشناسي ارشد

هوافضا - سازه هاي هوايي

1396-1399

1399/08/28

دكتر بيژن محمدي

مهندسي مكانيك

امروزه استفاده از پوشش‌هاي سد حرارتي به منظور افزايش دماي كاري توربين‌هاي گاز و در نتيجه افزايش راندمان آنها از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است. اين پوشش‌ها داراي دو لايه‌ي اصلي و يك لايه فرعي بوده كه دو لايه‌ي اصلي شامل لايه‌ي سراميكي و لايه‌ي مياني و لايه‌ي فرعي نيز لايه‌ي اكسيدي رشد دمايي مي‌باشد كه در حين فرايند پوشش‌دهي و كاركرد در دماي بالا در بين دو لايه‌ي سراميكي و مياني تشكيل مي‌شود. اين پوشش‌ها به دليل آنكه به صورت پودر و در حالت مذاب بر روي قطعه‌ي اصلي پاشش‌دهي مي‌شوند، در مرز بين لايه‌ها داراي ناهمواري‌هايي مي‌باشند. اين ناهمواري‌ها به همراه رشد لايه‌ي اكسيدي، دو مكانيزم اصلي در ايجاد تنش و در نتيجه وقوع آسيب در پوشش مي‌باشند. در اين پژوهش يك مدل المان محدود براي شبيه‌سازي نحوه‌ي جدايش بين‌لايه‌اي دو لايه‌ي سراميكي و اكسيدي تحت بارگذاري خستگي مكانيكي- حرارتي گذرا توسعه داده شده است. در اين مدل رشد لايه‌ي اكسيدي با استفاده از سابروتين USDFLD شبيه‌سازي شده و پديده خزش نيز در تمامي لايه‌ها لحاظ گشته است. نتايج نشان مي‌دهند كه تنش S22 در نواحي برآمدگي در حالت كششي و در نواحي فرورفتگي به صورت فشاري مي‌باشد. همچنين بيشترين مقدار تنش كششي در قسمت ميانه‌راه برآمدگي ايجاد شده كه محل اصلي ايجاد خرابي نيز مي‌باشد. همچنين ترك اوليه در سيكل‌ اول بارگذاري ايجاد و در سيكل‌هاي دوم و سوم نيز با سرعت بالاتري نسبت به سيكل‌هاي بعدي رشد مي‌كند. پس از گذشت چند سيكل ابتدايي، رشد ترك به شدت كند شده ولي همچنان تا انتهاي سيكل چهلم به رشد خود ادامه مي‌دهد.

1399/12/15

Modeling and estimation of thermo-mechanical fatigue life of thermal barrier coatings of gas turbine blades

3/10/2022 12:00:00 AM

Today, the use of thermal barrier coatings in order to increase the operating temperature of gas turbines and thus increase their efficiency is extremely important. These coatings have two main layers and a sub-layer, the two main layers including the ceramic layer and the middle layer, and the sub-layer is the oxide layer of temperature growth, which is formed between the ceramic and middle layers during the coating process and operation at high temperature. These layers have roughnesses in the boundaries between the layers because they are sprayed in powder form and in the molten state on the main part. These roughnesses, along with the growth of the oxide layer, are the two main mechanisms in creating stress and resulting in damage to the coating. In this research, a finite element model has been developed to simulate the interlayer separation of ceramic and oxide bilayers under transient mechanical-thermal fatigue loading. In this model, the growth of the oxide layer is simulated by using the USDFLD subroutine and the creep phenomenon is considered in all layers. The results show that S22 stress is in the tensile state in the peak areas and compressive in the valley areas. Also, the highest amount of tensile stress is created in the off-peak, which is also the main place of failure. The initial crack also occurs in the first loading cycle and grows faster in the second and third cycles than in subsequent cycles. After the first few cycles, crack growth slows sharply but continues to grow until the end of the fortieth cycle.

پوشش محافظ حرارتي , توربين گاز , عمر خستگي

توربين گاز , عمر خستگي , پوشش سد حرارتي