Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Mahmoud Farzin
محمدرضا فروزان (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد مشاور)
 
STUDENT
Esmaeil Barzkar
اسماعیل برزکار

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Creep life assessment of repaired turbine blade by FEM method
Gas Turbines have a wide application in power plant and aerospace industries. Nowadays, based on welding of two different materials, some economic methods for repairing turbine blades have been developed. Creep is slow irreversible strain of materials at above 40% of their absolute melt temperature. Super alloys used for turbine blades operate at temperatures about 70% of their absolute melt temperatures. Therefore creep fracture and creep damage is very important in turbine blades. Creep is founded as a damage which must be considered to design of mechanical elements which will work in temperatures above their 40% of melt temperatures even in loadings below their yield strength. Creep leads to initiate crack in parts and cause degraded mechanical strength. In this dissertation, for assessing life of a repaired turbine blade, made of INCONEL718 and GH4049 super alloys, a method has presented based of FEM method. This is done by writing a sequence of macros in ANSYS APDL commercial software. Creep-time-stress-temperature and stress-rupture numerical data was required. After building a proper model, a transient analysis performed. Then, a stress rupture analisys after stress analysis of structure based on Larson miller parameter was performed. Having reviewed results, concluded that a combination of stress rupture and transient analysis is required and done. In transient analysis had seen that maximum stress is obviously a function of time and varies in location in alloy GH4049 base material. In all load cases, the criticalest element was in softer material and in position of 180 degree with respect of triangular circle. These results introduced us to perform a combination of transient and stress rupture analysis which results in shorter life than stress rupture life using time fraction damage rule by numerical integration over time. Results shows maximum stress occurs in GH4049 and in tiniest region aside filler metal. In all simulations, softer material had smaller life than other material. Life versus rotational shaft speed curves in semi log axis is provided for various temperatures. To see level of reliability, an experiment was designed and a same method used to predict life time of a two specimen set of pure lead and tin70%-lead30% and their creep behavior under a proper load was studied. FEM method had a good agreement with life assessment compared with experiment result and has only 6% difference with experiment result, in compare with 20% by Larson-miller method. From experimental analysis, it was concluded that damage fraction rule has better life prediction. Then It is concluded that for repaired metals, in case of creep simulation, using damage fraction rule has more precise answers to predicting life of them. Keywords: 1-creep 2-life assessment 3-repaired blade 4-transient analysis 5-larson miller 6-Monkam-Grant parameter 7-damage fraction summation rule
توربین‌های گازی کاربرد فراوانی در صنعت نیروگاهی، برق، گاز و صنایع هوایی دارند. امروزه، روشهای اقتصادی برای تعمیر پره‌های توربینهای گازی بر مبنای جوشکاری دو جنسی ابداع شده است. در این پایان نامه، روشی برای تعیین عمر خزشی یک قطعه تعمیر شده از دو جنس مختلف بر مبنای تحلیل اجزای محدود گذرا پیشنهاد شده است. هر دو جنس از سوپر آلیاژ پایه نیکل‌اند بطوریکه ماده پایه از GH4049 و ماده فیلر از Inconel718 بوده است. این کار به کمک زبان طراحی پارامتری (APDL) در نرم‌افزار ANSYS انجام گرفت. خزش، تغییر شکل آهسته پلاستیک مواد در دماهای بالای 40 درصد دمای مطلق ذوب آنها است و در طراحی ادواتی که در دمای بالا انجام وظیفه می‌نمایند اهمیت یافته و یکی از ملاک‌های طراحی است که باید در نظر گرفته شود. خزش به عنوان آسیب شناخته شده و منجر به ایجاد ترک و کاستن مقاومت مکانیکی مواد در مقابل بارگذاری‌های حتی زیر حد تسلیم آنها می‌شود. پره‌های توربین در دمای قریب به 70% دمای مطلق ذوب آنها انجام وظیفه می‌کنند، از اینرو مهمترین آسیب مورد توجه آنها پدیده خزش می‌باشد. پس از آنکه یک مدل مناسب از این مدل طبق الگوهای پیشنهاد شده در مراجع ساخته شد، یک تحلیل گذرا با زمان انجام شده و در هرکدام از مواد، معیار کرنش 5/0 درصد با عمر گسیختگی هر کدام از اجزای تعمیر شدگی، چک شد. مدل دیگری بر اساس پیشبینی عمر تنش گسیختگی، با پارامتر لارسن میلر، انجام شد و عمر ماده تعمیر شده -که دارای جنس نرمتری نسبت به ماده پایه بود- همواره عمر کمتری را با هندسه فرضی، داشت. اما با توجه به افزایش تنشها در ماده پایه بر اساس خزشِ بیشترِ ماده فیلر، یک تحلیل تلفیقی انجام گرفت و عمرهای جدید و مبتنی بر در نظر داشتن افزایش تنش با گذشت زمان صورت گرفت. بر این اساس عمری به مراتب کمتر از آنچه بدون حالت گذرا محاسبه شده بود (برخی موارد در حدود 50%) پیشبینی شد. در نتایج اخذ شده مکان تنش حداکثری در ماده پایه بوده و با گذشت زمان، محل آن از ریشه پره به کنار ناحیه تعمیر شده منتقل گشته و اندازه آن پس از زمان محاسبه شده، مقدار زیادی (نزدیک 2 برابر در اثر خزش) افزایش پیدا کرد و از مقدار آن در ریشه که در ابتدای بارگذاری حداکثر است، بیشتر گشت. این پدیده وقتی دما و دور گردش توربین بیشتر باشد، بیشتر و سریعتر نمود پیدا میکند. این حالت مشابه ایجاد تمرکز تنش در صفحه‌ای با سوراخ کوچک تحت تنش تک محوره است. اساس این روش استفاده از قانون کسری جمع آسیب است. برای اطمینان از صحت و قابلیت اعتماد به این روش، مدلی از المانهای بحرانی در مجاورت هم با جنس سرب به عنوان جنس نرمتر و قلع70%-سرب 30% بعنوان جنس سخت‌تر ساخته شد و توسط آزمایش رفتار خزش آنها زیر بار مناسبی مطالعه شد. زمان گسیختگی ماده با کد مشابه نوشته شده برای سوپر آلیاژها مطابقت خوبی داشت، بطوریکه ماده سریعتر گسیخته شده به درستی پیشبینی شده و خطای پیشبینی عمر آن با مقدار آزمایش شده تنها 6 درصد اختلاف داشت. روش سنتی پیشبینی عمر در این مورد خطای 20 درصدی داشت. کلمات کلیدی: 1- خزش 2-پیشبینی عمر 3-تعمیر شده 4-تحلیل گذرا 5-لارسن میلر 6- مونکام گرانت 7-قانون کسری جمع آسیب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی