تحلیل مکانیک شکست و تخمین عمر رشد ترک خستگی پره توربین گاز با استفاده از روش المان محدود

Abstract

در این مقاله تحلیل مکانیک شکست و تخمین عمر خستگی پره ترک‌دار بخش داغ توربین کمپرسور گاز انجام شده است. در ابتدا با استفاده از نرم‌افزار المان محدود ANSYS تحلیل تنش پره بدون ترک تحت بارگذاری‌های حرارتی و مکانیکی شامل دوران، توزیع دما و فشار بر روی ایرفویل پره برای حالت پایای 100 درصد انجام شده است. از نتایج این تحلیل، مناطق دارای تنش بالا و مستعد رشد ترک در پره شناسایی می‌گردند. سپس با مدل‌سازی ترک در این نواحی، عمر رشد ترک خستگی تخمین زده می‌شود. برای این منظور، ابتدا در نرم‌افزار ANSYS برای ترک‌هایی با ابعاد مختلف مقدار ضرایب شدت تنش محاسبه می‌شود. سپس با استفاده از این مقادیر و نیز نمودار نرخ رشد ترک (<em>da</em>/<em>dN</em>) برحسب ضریب شدت تنش ماده (<em>K_I</em>)، نرخ رشد ترک سیکلی برای ترک‌هایی با نسبت ابعاد مختلف (<em>a</em>/<em>c</em>) محاسبه می‌گردد. در انتها با انتگرال‌گیری عددی، تعداد سیکل خستگی (<em>N_f</em>) تا رسیدن به عمق ترک بحرانی (<em>a_f</em>) برای پره توربین محاسبه می‌گردد.