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

Abstract

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.

Keywords

• توربین گاز
• پره ترک‌دار کمپرسور
• تخمین عمر خستگی
• مکانیک شکست
• تحلیل مودال