فهرست مطالب
عنوان |
صفحه |
فصل 1: مقدمه 1
1-1 مقدمه 2
1-2 مكانيك آسيب پیوسته 4
1-3 هدف از انجام پژوهش 5
1-4 چکیده مباحث مطرح شده در این پایاننامه 5
فصل 2: مروري بر تحقيقات انجام شده 7
2-1 مکانیک آسیب پیوسته 8
2-2 اندرکنش خزش– خستگي 13
فصل 3: معادلات حاکمه 19
3-1 مقدمه 20
3-2 ماهیت و متغیرهای آسیب 20
3-3 انواع آسیب 23
3-4 مفاهیم پایه 27
3-4-1 پارامتر آسیب 27
3-4-2 مفهوم تنش مؤثر 28
3-4-3 اصل کرنش معادل 30
3-4-4 ارتباط کرنش و آسیب 30
3-4-5 آستانه آسیب 33
3-5 فرمول بندی ترمودینامیکی آسیب 35
3-5-1 ترمودینامیک آسیب 35
3-5-2 چارچوب کلی 36
3-5-3 پتانسیل حالت برای آسیب همسان 40
3-5-4 قوانین سینتیک رشد آسیب 41
3-6 معادلات الاستو-(ویسکو-)پلاستیسیته کوپل با آسیب 45
3-6-1 معادلات اساسی (ویسکو-)پلاستیسیته بدون کوپل با آسیب 45
3-6-2 معادلات کوپل بین پلاستیسیته و آسیب 47
3-7 مدلسازی اندرکنش خزش-خستگی 49
3-8 اندازهگیری آسیب 50
3-8-1 روش تغییرات مدول الاستیسیته 53
فصل 4: مدلسازی روتور 55
4-1 مقدمه 56
4-2 شرایط کارکرد و هندسه روتور 57
4-2-1 شرایط کارکرد 57
4-2-2 هندسه روتور 60
4-3 شرایط مرزی و بارهای اعمالی 64
4-4 شرایط دمایی 65
4-5 انتخاب المان و شبکهبندی مدل 68
4-6 گامهای حل 72
فصل 5: تعیین خواص مکانیکی جنس روتور 74
5-1 مقدمه 75
5-2 شناسایی جنس روتور توربین گاز 75
5-3 آزمون کشش ساده و دورهای 78
5-3-1 نتایج آزمون کشش 80
5-3-2 تعیین پارامترهای مدل سختی سینماتیکی 83
5-3-3 تعیین پارامترهای مدل آسیب 87
5-3-4 تعیین مقدار بحرانی پارامتر آسیب 91
5-4 آزمون رهایش 97
5-4-1 تعیین پارامترهای مدل ویسکوز نورتن 100
5-5 نتیجهگیری 104
فصل 6: نتایج و بررسی 105
6-1 مقدمه 106
6-2 نتایج مربوط به شبیهسازی المان محدود 106
6-2-1 وضعیت فعلی روتور 107
6-2-2 تخمین عمر باقیمانده روتور 114
6-2-3 بررسی نتایج 117
6-3 تخمین عمر به کمک آزمون رپلیکا 128
6-3-1 روش رپلیکا 128
6-3-2 انجام آزمون رپلیکا بر روی روتور توربین 129
6-3-3 مشاهده نمونههای آزمون رپلیکا توسط SEM 131
فصل 7: نتيجهگيري و پيشنهادات 135
7-1 نتیجه گیری 136
7-2 پيشنهادات 137
فهرست منابع 139
فهرست جدولها
عنوان و شماره |
صفحه |
جدول 3‑1 مقدار آستانه آسیب و پارامتر آسیب بحرانی برای مواد مختلف 33
جدول 3‑2 متغیرهای حالت، مکانیزم فیزیکی تغییرشکل و متغیر ترمودینامیکی متناظر 37
جدول 3‑3 معادلات الاستو– (ویسکو-) پلاستیسیته کوپل با آسیب همسان 48
جدول 3‑4 مقایسه روشهای اندازهگیری آسیب و محاسبه پارامتر آسیب 52
جدول 4‑1 ترکیب شیمیایی روتور توربین 58
جدول 4‑2 ترکیب شیمیایی محافظ حرارتی روتور (آلیاژ X45) 59
جدول 4‑3 مشخصات روشن و خاموش شدن روتور توربین گاز 60
جدول 5‑1 ترکیب شیمیایی و درصد عناصر روتور و فولاد21CrMoV5-7 76
جدول 5‑2 خواص مکانیکی برای فولاد 21CrMoV5-7 از مرجع کلید فولاد 77
جدول 5‑3 مشخصات آزمونهای کشش و نتایج آن 80
جدول 5‑4 ثابتهای مدل شاباش بر حسب دما 85
جدول 5‑5 مدول یانگ، کرنش پلاستیک و آسیب محاسبه شده در دماهای مختلف 88
جدول 5‑6 مقادیر پارامتر S برای دماهای مختلف 90
جدول 5‑7 پارامتر بحرانی آسیب فولاد روتور بر حسب دماهای مختلف 92
جدول 5‑8 شرایط آزمونهای رهایش در دماهای مختلف 98
جدول 5‑9 ثابتهای مدل آسیب خزش 101
جدول 6‑1 پارامتر آسیب در ریشه چهار ردیف پرهها 113
جدول 6‑2 پارامتر آسیب در انتهای چرخه 616 برای هر ردیف از پرهها 116
فهرست شکلها
عنوان |
صفحه |
شکل 3‑1 آسیب ترد [1] 23
شکل 3‑2 آسیب نرم [1] 24
شکل 3‑3 آسیب خزشی [1] 25
شکل 3‑4 آسیب خستگی کمچرخه [1] 25
شکل 3‑5 آسیب خستگی پرچرخه [1] 26
شکل 3‑6 آسیب فیزیکی و مدل آسیب پیوسته ریاضی [51] 27
شکل 3‑7 مفهوم سطح مقطع مؤثر [11] 29
شکل 3‑8 تغییرات مدول الاستیسیته در اثر آسیب برای مس 9/99% [1] 31
شکل 3‑9 تغییرات معیار تسلیم پلاستیک در اثر رشد آسیب [1] 32
شکل 3‑10 تفاوت قانون جمع خطی آسیب و روش مکانیک آسیب پیوسته [3] 50
شکل 3‑11 انواع روشهای اندازهگیری آسیب 51
شکل 3‑12 اندازهگیری آسیب نرم برای مس 9/99% در دمای اتاق [1] 54
شکل 4‑1 تصویر شماتیک روتور توربین و جزئیات داخلی آن 58
شکل 4‑2 هندسه تقریبی روتور 61
شکل 4‑3 هندسه دیسکهای روتور توربین، الف) دیسک اول، ب) دیسک دوم و ج) انتهای روتور 62
شکل 4‑4 هندسه ریشه پره (واحدها به میلیمتر میباشد) 63
شکل 4‑5 هندسه محل ریشه پرههای توربین بر روی روتور (ابعاد به میلیمتر) 63
شکل 4‑6 هندسه روتور مورد استفاده در تحلیل المان محدود (ابعاد به میلیمتر) 64
شکل 4‑7 شرایط مرزی و بارهای اعمالی 65
شکل 4‑8 توزیع دما در روتور از زمان روشن شدن توربین تا زمان رسیدن به حالت پایدار 66
شکل 4‑9 توزیع دما در روتور برای خاموش کردن توربین تا زمان رسیدن به شرایط محیط 67
شکل 4‑10 نقاط بحرانی مسئله برای در نظر گرفتن فرایند همگرایی شبکهبندی 69
شکل 4‑11 همگرایی شبکهبندی در ریشه پره ردیف دوم 69
شکل 4‑12 همگرایی شبکهبندی در ریشه پره ردیف چهارم 70
شکل 4‑13 همگرایی شبکهبندی در محل اتصال دیسکهای توربین 70
شکل 4‑14 شبکهبندی مدل در ریشه پره ردیف دوم 71
شکل 4‑15 شبکهبندی نهایی مدل روتور 71
شکل 4‑16 المان چهارضلعی CAX8 72
شکل 4‑17 گامهای حل برای یک چرخه کاری توربین 73
شکل 5‑1 نمودار تنش-کرنش در آزمون کشش دورهای 79
شکل 5‑2 نمونه آزمون ساخته شده و نمونه آزمون استاندارد 79
شکل 5‑3 نمودار نیرو-جابجایی در چهار دمای 25، 250، 450 و 550 درجه سانتیگراد 81
شکل 5‑4 یک نمونه آزمون پس از شکست 82
شکل 5‑5 نمودارهای تنش-کرنش در دماهای 25، 250، 450 و 550 درجه سانتیگراد 82
شکل 5‑6 نمودار تنش-کرنش و نمودار پیشتنش-کرنش پلاستیک 83
شکل 5‑7 انطباق منحنی معادله (5-5) بر نتایج آزمون کشش در دماهای مختلف 86
شکل 5‑8 مقایسه نتایج تحلیل المان محدود و آزمون کشش ساده در دماهای مختلف 87
شکل 5‑9 کاهش مدول یانگ در آزمون کشش به همراه باربرداری در دمای °C450 89
شکل 5‑10 تغییرات پارامتر S در اثر دما 91
شکل 5‑11 نمونه آزمون کشش و مدل المان محدود 92
شکل 5‑12 کانتور تنش در نمونه آزمون کشش در دمای 25 درجه سانتیگراد 93
شکل 5‑13 کانتور تنش در نمونه آزمون کشش در دمای 250 درجه سانتیگراد 93
شکل 5‑14 کانتور تنش در نمونه آزمون کشش در دمای 450 درجه سانتیگراد 93
شکل 5‑15 کانتور تنش در نمونه آزمون کشش در دمای 550 درجه سانتیگراد 93
شکل 5‑16 کانتور پارامتر آسیب در مدل المان محدود نمونه آزمون در دماهای مختلف 94
شکل 5‑17 کانتور پارامتر آسیب در مدل المان محدود و نمونه آزمون در دمای °C450 95
شکل 5‑18 مقایسه نتایج مدل المان محدود و نمونه آزمون در دمای °C450 95
شکل 5‑19 کانتور پارامتر آسیب در مدل سه بعدی برش خورده در دمای °C450 95
شکل 5‑20 مقایسه نتایج تحلیل المان محدود و آزمون کشش در دماهای مختلف 96
شکل 5‑21 نمونه آزمون شیاردار برای محاسبه پارامتر آسیب 97
شکل 5‑22 نمونهای از دستگاه آزمون رهایش با کوره 98
شکل 5‑23 منحنی کاهش نیرو در آزمون رهایش در دمای 450 درجه سانتیگراد 99
شکل 5‑24 منحنی کاهش نیرو در آزمون رهایش در دمای 525 درجه سانتیگراد 99
شکل 5‑25 منحنی کاهش نیرو در آزمون رهایش در دمای 600 درجه سانتیگراد 100
شکل 5‑26 منحنی کاهش تنش در آزمون رهایش در دمای 450 درجه سانتیگراد 102
شکل 5‑27 منحنی کاهش تنش در آزمون رهایش در دمای 525 درجه سانتیگراد 102
شکل 5‑28 منحنی کاهش تنش در آزمون رهایش در دمای 600 درجه سانتیگراد 103
شکل 5‑29 مقایسه نتایج تحلیل المان محدود و آزمون رهایش 104
شکل 6‑1 توزیع آستانه آسیب در مدل روتور در انتهای زمان شبیهسازی 107
شکل 6‑2 توزیع معیار آستانه آسیب در ریشه پره ردیف دوم 108
شکل 6‑3 توزیع معیار آستانه آسیب در ریشه پره ردیف چهارم 108
شکل 6‑4 توزیع معیار آستانه آسیب در محل اتصال دیسکهای اول و دوم توربین 109
شکل 6‑5 نقطه بحرانی روتور در ریشه پره ردیف چهارم 109
شکل 6‑6 رشد پارامتر آستانه آسیب در ریشه پره ردیف چهارم بر حسب تعداد چرخه 110
شکل 6‑7 توزیع معیار آستانه آسیب در ریشه پره ردیف چهارم پس از طی 146 چرخه 110
شکل 6‑8 توزیع پارامتر آسیب در مدل روتور در انتهای زمان شبیهسازی 111
شکل 6‑9 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف چهارم 111
شکل 6‑10 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف دوم 112
شکل 6‑11 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف اول 112
شکل 6‑12 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف سوم 112
شکل 6‑13 رشد آسیب بر حسب تعداد چرخهها در ریشه پره ردیف چهارم 114
شکل 6‑14 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف چهارم پس از طی 616 چرخه 115
شکل 6‑15 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف دوم پس از طی 616 چرخه 115
شکل 6‑16 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف اول 115
شکل 6‑17 توزیع پارامتر آسیب در ریشه پرههای ردیف سوم 116
شکل 6‑18 رشد پارامتر آسیب در ریشه پره ردیف چهارم تا رسیدن به مقدار بحرانی شکست 117
شکل 6‑19 کانتور تنش ونمیزز در زمان شروع رشد آسیب در روتور 118
شکل 6‑20 کانتور تنش ونمیزز در زمان شروع رشد آسیب در ریشه پرههای ردیف چهارم 118
شکل 6‑21 کانتور تنش ونمیزز در روتور برای چرخه 512 119
شکل 6‑22 کانتور تنش ونمیزز در ریشه پرههای ردیف چهارم برای چرخه 512 119
شکل 6‑23 توزیع کرنش پلاستیک تجمعی در ریشه پرههای ردیف چهارم برای چرخه 512 120
شکل 6‑24 کانتور تنش ونمیزز در روتور برای چرخه 616 120
شکل 6‑25 کانتور تنش ونمیزز در ریشه پرههای ردیف چهارم برای چرخه 616 121
شکل 6‑26 توزیع کرنش پلاستیک تجمعی در ریشه پرههای ردیف چهارم برای چرخه 616 121
شکل 6‑27 نمودار تنش ونمیزز بر حسب زمان در نقطه A برای چرخهی اول 122
شکل 6‑28 نمودار تنش ونمیزز بر حسب زمان در نقطه A برای چرخههای مختلف 123
شکل 6‑29 نمودار کرنش پلاستیک تجمعی بر حسب زمان در نقطه A برای چرخههای مختلف 123
شکل 6‑30 نمودار کرنش اصلی ماکزیمم الاستیک بر حسب زمان در نقطه A برای چرخههای مختلف 124
شکل 6‑31 نمودار کرنش اصلی ماکزیمم کل بر حسب زمان در نقطه A برای چرخههای مختلف 125
شکل 6‑32 تغییرات دما بر حسب زمان در نقطه A برای چرخههای مختلف 125
شکل 6‑33 نمودار مولفه تنش بر حسب زمان در نقطه A 126
شکل 6‑34 نمودار مولفه تنش ونمیزز بر حسب زمان در نقطه A 126
شکل 6‑35 نمودار مولفه تنش بر حسب زمان در نقطه A 127
شکل 6‑36 نمودار مولفه تنش بر حسب زمان در نقطه A 127
شکل 6‑37 تعیین رشد آسیب خزش به کمک آزمون رپلیکا 129
شکل 6‑38 مکان آزمونهای رپلیکا: الف و ب) شیار ردیف اول پرهها (نمونه 1و 2) ، ج) شیار بین ردیفهای اول و دوم پرههای توربین (نمونه 3) و د) بر روی سطح انتهای روتور (نمونه 4) 130
شکل 6‑39 نتایج آزمون رپلیکا: الف و ب) شیار ردیف اول پرهها (نمونه 1و 2) ، ج) شیار بین ردیفهای اول و دوم پرههای توربین (نمونه 3) و د) بر روی سطح انتهای روتور (نمونه44) 131
شکل 6‑40 تصویر نمونه 4 در انتهای روتور با بزرگنمایی الف) 3000 و ب) 15000 132
شکل 6‑41 تصویر نمونه 2 با بزرگنمایی (الف) 3000 و (ب) 4000 133
شکل 6‑42 تصویر نمونه 3 روتور با بزرگنمایی 3000 134
فهرست نشانههای اختصاری
پارامتر ماده برای مدل سختی همسان |
|
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی |
|
متغیر آسیب |
|
آسیب بحرانی |
|
نرخ آسیب |
|
چگالی سطح ناپیوستگیهای ماده در صفحهای عمودی بر جهت |
|
مدول الاستیسیته |
|
مدول الاستیسیته مادهی آسیب دیده |
|
تابع پتانسیل اتلاف |
|
نیرو |
F |
تابع پتانسیل اتلاف کارسختی سینماتیکی |
|
تابع پتانسیل اتلاف آسیب |
|
تابع تسلیم |
|
سطح آستانه آسیب |
|
ثابتهای قانون توانی نورتن |
|
بردار نرمال سطح |
|
پارامتر آسیب متناظر با چگالی چگالی سطحی ریزترکها و ریزحفرهها |
|
کرنش پلاستیک تجمعی |
|
نرخ کرنش پلاستیک تجمعی |
|
کرنش پلاستیک تجمعی آستانه |
|
شار حرارتی |
|
آسیب ناشی از کرنش پلاستیک تجمعی |
|
متغیر تنش سختی همسان |
|
پارامتر ماده برای مدل سختی همسان |
|
پارامترهای ماده برای مدل آسیب |
|
چگالی انتروپی |
s |
دما |
|
زمان |
|
پیشتنش سینماتیکی تکمحور |
|
تانسور پیشتنش |
|
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی |
|
نرخ رهایی انرژی آسیب |
|
ضریب انبساط حرارتی |
|
تانسور پیشکرنش |
|
دلتا کرانکر |
|
سطح مقطع |
|
سطح مقطع موثر |
|
حجم المان مشخصه |
|
کرنش آستانه آسیب |
|
کرنش گسیختگی |
|
کرنش |
|
کرنش الاستیک |
|
کرنش پلاستیک |
|
نرخ کرنش پلاستیک |
|
پارامتر ماده برای مدل سختی سینماتیکی |
|
ضریب پلاستیک |
|
نسبت پواسون |
|
چگالی ماده آسیب دیده |
|
چگالی |
|
تنش |
|
تنش موثر |
|
تنش انحرافی |
|
تنش ونمیزز معادل |
|
تنش هیدرواستاتیک |
|
تنش گسیختگی |
|
تنش نهایی |
|
تنش ویسکوز |
|
تنش تسلیم |
|
چگالی انرژی ذخیرهشده |
|
نرخ چگالی انرژی ذخیرهشده |
|
آنتالپی آزاد مخصوص گیبس |
|
تابع انرژی پتانسیل الاستیک |
|
تابع انرژی پتانسیل پلاستیک |
|
تابع انرژی پتانسیل گرمایی |
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.