بهنام خدا
سرکار خانم مهندس زهره شیرازی دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران، از رساله خود با عنوان « تخمین عمر پره توربین گازی تحت بارخستگی و خزشی به روش آنتروپی » به راهنمایی جناب آقای دکتر بیژن محمدی در تاریخ 1405/04/01 ساعت 14:00 دفاع خواهد نمود.
استاد راهنما: دکتر بیژن محمدی
استاد مشاور: –
اساتید داور داخلی: دکتر فتح اله طاهری بهروز / دکتر هادی خرمی شاد
اساتید داور خارجی: دکتر حسین حسینی تودشکی / دکتر مهسا خرازی
چکیده رساله:
پرههای توربین گازی از مهمترین اجزای دمابالا در صنایع نیروگاهی و هوافضا هستند که در شرایط کاری تحت بارگذاریهای مکانیکی چرخهای و میدانهای حرارتی شدید قرار دارند. در این شرایط، خستگی و خزش از مهمترین سازوکارهای تخریب بوده و پیشبینی عمر آنها از چالشهای اساسی مهندسی محسوب میشود. در این پژوهش، رفتار خستگی و خزش سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 718 با استفاده از رویکرد ترمودینامیکی مبتنی بر تولید آنتروپی و مکانیک خرابی محیط پیوسته مورد بررسی قرار گرفت.
به منظور استخراج پارامترهای مورد نیاز، آزمونهای خستگی کمچرخه و خزش در بازه دمایی 800 تا900 درجه سانتیگراد انجام شد. سپس مدل پلاستیسیته چرخهای چبوش برای شبیهسازی رفتار خستگی و مدل خزش وابسته به زمان در قالب زیربرنامههای اختصاصی در نرمافزار اجزای محدود آباکوس پیادهسازی شدند. در ادامه، مدلهای توسعهیافته برای تحلیل یک پره ثابت توربین گازی به کار گرفته شدند و توزیع تنش، کرنش، آسیب و آنتروپی تولیدی در شرایط واقعی بهرهبرداری تعیین گردید. نتایج بخش خستگی نشان داد که آنتروپی تجمعی تا شکست میتواند به عنوان شاخصی مناسب برای پیشبینی عمر و توصیف تکامل آسیب مورد استفاده قرار گیرد. مقدار آنتروپی نهایی شکست برای مدلهای مبتنی بر پتانسیل آسیب بونورا و لمتق به ترتیب 575 و 555 کیلوژول بر کلوین بر مترمکعب به دست آمد. همچنین خطای پیشبینی عمر مدل بونورا در دماهای 800، 850 و 900 درجه سانتیگراد به ترتیب 12 تا 15، 27 تا 35 و 35 تا 50 درصد و برای مدل لمتق به ترتیب 11 تا 13، 15 تا 20 و 40 تا 60 درصد محاسبه شد. نتایج نشان داد که مدل لمتق در دماهای 800 و 850 درجه سانتیگراد دقت بیشتری دارد، در حالی که در دمای 900 درجه سانتیگراد مدل بونورا عملکرد مناسبتری ارائه میکند. در بخش خزش، مقدار آنتروپی نهایی شکست برابر با 626 کیلوژول بر کلوین بر مترمکعب به دست آمد و روند تکامل آنتروپی توانست پیشرفت آسیب و نزدیک شدن به شکست را بهخوبی توصیف کند. همچنین تحلیل پره توربین نشان داد که توزیع آنتروپی تولیدی علاوه بر پیشبینی عمر، قابلیت شناسایی نواحی بحرانی مستعد آغاز و گسترش شکست را نیز دارد. از مهمترین دستاوردهای این رساله میتوان به توسعه و پیادهسازی یک چارچوب پیشبینی عمر مبتنی بر تولید آنتروپی برای تحلیل خستگی و خزش سوپرآلیاژ اینکونل 718 و کاربرد آن در تحلیل پره توربین گازی اشاره کرد. نتایج نشان داد که آنتروپی تولیدی میتواند به عنوان یک متغیر فیزیکی مؤثر برای ارزیابی عمر، پایش آسیب و شناسایی نواحی بحرانی در قطعات دمابالا مورد استفاده قرار گیرد.
به منظور استخراج پارامترهای مورد نیاز، آزمونهای خستگی کمچرخه و خزش در بازه دمایی 800 تا900 درجه سانتیگراد انجام شد. سپس مدل پلاستیسیته چرخهای چبوش برای شبیهسازی رفتار خستگی و مدل خزش وابسته به زمان در قالب زیربرنامههای اختصاصی در نرمافزار اجزای محدود آباکوس پیادهسازی شدند. در ادامه، مدلهای توسعهیافته برای تحلیل یک پره ثابت توربین گازی به کار گرفته شدند و توزیع تنش، کرنش، آسیب و آنتروپی تولیدی در شرایط واقعی بهرهبرداری تعیین گردید. نتایج بخش خستگی نشان داد که آنتروپی تجمعی تا شکست میتواند به عنوان شاخصی مناسب برای پیشبینی عمر و توصیف تکامل آسیب مورد استفاده قرار گیرد. مقدار آنتروپی نهایی شکست برای مدلهای مبتنی بر پتانسیل آسیب بونورا و لمتق به ترتیب 575 و 555 کیلوژول بر کلوین بر مترمکعب به دست آمد. همچنین خطای پیشبینی عمر مدل بونورا در دماهای 800، 850 و 900 درجه سانتیگراد به ترتیب 12 تا 15، 27 تا 35 و 35 تا 50 درصد و برای مدل لمتق به ترتیب 11 تا 13، 15 تا 20 و 40 تا 60 درصد محاسبه شد. نتایج نشان داد که مدل لمتق در دماهای 800 و 850 درجه سانتیگراد دقت بیشتری دارد، در حالی که در دمای 900 درجه سانتیگراد مدل بونورا عملکرد مناسبتری ارائه میکند. در بخش خزش، مقدار آنتروپی نهایی شکست برابر با 626 کیلوژول بر کلوین بر مترمکعب به دست آمد و روند تکامل آنتروپی توانست پیشرفت آسیب و نزدیک شدن به شکست را بهخوبی توصیف کند. همچنین تحلیل پره توربین نشان داد که توزیع آنتروپی تولیدی علاوه بر پیشبینی عمر، قابلیت شناسایی نواحی بحرانی مستعد آغاز و گسترش شکست را نیز دارد. از مهمترین دستاوردهای این رساله میتوان به توسعه و پیادهسازی یک چارچوب پیشبینی عمر مبتنی بر تولید آنتروپی برای تحلیل خستگی و خزش سوپرآلیاژ اینکونل 718 و کاربرد آن در تحلیل پره توربین گازی اشاره کرد. نتایج نشان داد که آنتروپی تولیدی میتواند به عنوان یک متغیر فیزیکی مؤثر برای ارزیابی عمر، پایش آسیب و شناسایی نواحی بحرانی در قطعات دمابالا مورد استفاده قرار گیرد.
کلمات کلیدی:
پره توربین گازی، تولید آنتروپی، خزش، خستگی کمچرخه، مکانیک خرابی محیط پیوسته.
