مدل‌سازی، تخمین رشد ترک خستگی و تحلیل مودال پره کمپرسور توربین گاز

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، واحدپرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران

2 نویسنده مسئول: دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، واحدپرند، دانشگاه آزاد اسلامی، پرند، ایران

چکیده

در این پژوهش، به کمک نرم‌افزار المان محدود ANSYS تحلیل مکانیک شکست و تخمین عمر خستگی باقی‌مانده پره ترک‌دار ردیف 16 بخش کمپرسور توربین گاز زیمنس V94.2 تحت تنش‌های مکانیکی و حرارتی ناشی از دوران، توزیع فشار و دما در بار 100 درصد در حالت پایا مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این راستا، با مدل‌سازی تقارن محوری قطاع مجموعه دیسک و پره با نسبت 1 به 79، اعمال بارگذاری‌های ترمومکانیکی، شرایط مرزی و شرایط اولیه، مکان‌هایی از پره که دارای تنش‌های بالایی هستند شناسایی شده‌اند. سپس، با مدل‌سازی ترک با ابعاد مختلف در دو ناحیه بر روی ایرفویل پره کمپرسور به کمک نرم‌افزار ANSYS ضرایب شدت تنش برای ترک‌ها به‌دست می‌آیند. همچنین، با استفاده رابطه پاریس و استخراج نمودار نرخ رشد ترک برحسب ضریب شدت تنش، عمر باقی‌مانده در رشد ترک خستگی برای ترک‌هایی با ابعاد مشخص در این دو ناحیه تخمین زده می‌شوند. در پایان، با انجام تحلیل مودال فرکانس‌های کاری پره به‌دست آمده و با استخراج دیاگرام کمپل، فرکانس تداخل ارتعاشی پره نیز به‌دست آمده‌است. نتایج نشان‌دهنده آن است که برای دو ناحیه ترک اول و دوم بر روی سطح فشاری با افزایش فاصله از ریشه پره کمپرسور عمر باقی‌مانده پره ترک دار افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Chand S, Garg S. Crack propagation under constant amplitude loading. Engineering Fracture Mechanics. 1985;21(1):1-30.##
[2] Pugno N, Ciavarella M, Cornetti P, Carpinteri A. A generalized Paris’ law for fatigue crack growth. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2006;54(7):1333-49.##
[3] Kubiak J, Urquiza G, Rodriguez J, González G, Rosales I, Castillo G, et al. Failure analysis of the 150 MW gas turbine blades. Engineering Failure Analysis. 2009;16(6):1794-804.##
[4] Witek L. Experimental crack propagation analysis of the compressor blades working in high cycle fatigue condition. Fatigue of Aircraft Structures. 2009.##
[5] Farrahi G, Tirehdast M, Abad EMK, Parsa S, Motakefpoor M. Failure analysis of a gas turbine compressor. Engineering Failure Analysis. 2011;18(1):474-84.##
[6] Torabi A, Bayati M. Analysis of the Exhaustion and Presentation of a New Way to Repair the Gas Turbine Compressor Disk. Electric Power Generation Conference. 2012;3:125-145 (In Persian).##
[7] Poursaeidi E, Bakhtiari H. Fatigue crack growth simulation in a first stage of compressor blade. Engineering Failure Analysis. 2014;45:314-25.##
[8] Booysen C, Heyns PS, Hindley MP, Scheepers R. Fatigue life assessment of a low pressure steam turbine blade during transient resonant conditions using a probabilistic approach. International Journal of Fatigue. 2015;73:17-26.##
[9] Plesiutschnig E, Fritzl P, Enzinger N, Sommitsch C. Fracture analysis of a low pressure steam turbine blade. Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2016;5:39-50.##
[10] Mamandi A, Rajabi M. Fracture Mechanics Analysis and Fatigue Crack Growth Life Assessment for a Gas Turbine Blade Using FEM. Journal of Mechanical Engineering, University of Tabriz. 2016;46(2):125-39.##
[11] Fernandes R, El-Borgi S, Ahmed K, Friswell MI, Jamia N. Static fracture and modal analysis simulation of a gas turbine compressor blade and bladed disk system. Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. 2016;3(1):1-23.
[12] Rani S, Agrawal AK, Rastogi V. Failure investigations of a first stage Ni based super alloy gas turbine blade. Materials Today: Proceedings. 2018;5(1):477-86.##
[13] Yakui Z, Shuxiang G. Research on the fatigue performance of TC6 compressor blade under the CCF effect. International Journal of Aerospace Engineering. 2018;2018.##
[14] Zeng J, Chen K, Ma H, Duan T, Wen B. Vibration response analysis of a cracked rotating compressor blade during run-up process. Mechanical Systems and Signal Processing. 2019;118:568-83.##
[15] Torshizi SM, Nikravesh SY, Jahangiri A. Failure analysis of gas turbine generator cooling fan blades. Engineering Failure Analysis. 2009;16(5):1686-95.##
[16] Dowling N. Mechanical Behavior of Materials: Engineering Methods for Deformation, Fracture, and Fatigue; Pretice-Hall. Inc; 1993.##
دوره 18، شماره 1 - شماره پیاپی 67
شماره پیاپی 67، فصلنامه بهار
خرداد 1401
صفحه 1-19
  • تاریخ دریافت: 11 فروردین 1399
  • تاریخ بازنگری: 11 مرداد 1399
  • تاریخ پذیرش: 11 مهر 1400
  • تاریخ انتشار: 01 اردیبهشت 1401