چارچوب محاسباتی یکپارچه برای ارزیابی عمر خستگی چندمحوره و رشد ترک در مجموعه دیسک و پره توربین موتور توربوجت

مجموعه دیسک و پره توربین در موتورهای توربوجت، تحت بارهای هم زمان مکانیکی، حرارتی و آیرودینامیکی با دامنه های بالا قرار دارد. پیش بینی دقیق عمر مفید این قطعات، نقشی کلیدی در ایمنی پرواز و مدیریت هزینه های تعمیر و نگهداری ایفا می کند. در این پژوهش، یک چارچوب محاسباتی یکپارچه برای تحلیل عمر خستگی چندمحوره و مکانیک شکست روتور توربین مرحله دوم یک موتور توربوجت نظامی ارائه شده است. روش پیشنهادی شامل مدل سازی سه بعدی دقیق هندسه (حاصل از اسکن نوری)، تحلیل اندرکنش سیال-سازه (FSI) برای محاسبه توزیع فشار آیرودینامیکی، و تحلیل اجزای محدود (FEA) با نرم افزار ANSYS می باشد. عمر خستگی با استفاده از چهار مدل صفحه بحرانی (اسمیت-واتسون-توپر، فاطمی-سوشی، چو-کونلی-بانن و لئو) در ده سناریوی بارگذاری ارزیابی شده است. تحلیل مودال و نمودار کمپبل، عدم وقوع تشدید در محدوده دور کاری را تایید می کند. رشد سه ترک نیم بیضوی با نسبت های منظره مختلف، با استفاده از معادلات پاریس، فورمن، هارتمن-شیوه و دوناهویی شبیه سازی و با داده های تجربی آلیاژ اینکونل 718 اعتبارسنجی شده است. نتایج نشان می دهد که بیشینه تنش فون میزز در ریشه پره (455/5 مگاپاسکال) و لبه داخلی دیسک (540/7 مگاپاسکال) رخ می دهد. عمر خستگی پیش بینی شده برای پره در بازه ی 430 تا 2300 ساعت و برای دیسک در بازه ی 150 تا 900 ساعت (بر اساس مدل های مختلف) قرار گرفت. قانون پاریس با خطای کمتر از 6٪، بهترین تطابق را با داده های تجربی نشان داده است. پره به دلیل ضخامت کم تر، شکست سریع تری دارد، در حالی که شکست دیسک توسط چقرمگی شکست ماده کنترل می شود. این چارچوب یکپارچه، ابزاری کارآمد برای پیش بینی عمر باقیمانده و بهینه سازی بازه های بازرسی قطعات توربین فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

موتور توربوجت ، پره توربین ، دیسک توربین ، خستگی چندمحوره ، مدل صفحه بحرانی ، مکانیک شکست ، رشد ترک