Metodika predikce termomechanické únavy kola generátorové turbíny

Abstract

Cílem diplomové práce je popsání metodiky predikce termomechanické únavy na konkrétní součást. Jako demonstrátor metodiky byl vybrán disk generátorové turbíny. Studie termomechanické únavy byla vytvořena za účelem zvýšení užitných vlastností teplotně namáhaných částí nejen turbínového motoru. Tím je dosaženo přesnějších predikčních hodnot při srovnání s běžně užívanými metodikami výpočtu cyklické únavy. Práce se zabývá nízko-cyklovou částí únavy, která je zvláště důležitá pro stanovení čerpání života jak statorových, tak rotorových součástí motoru. V práci jsou popsány vstupní parametry materiálu, jednotlivé kroky výpočtu pro stanovení životnosti v kritickém místě a tyto poznatky jsou následně aplikovány na praktický příklad predikce životnosti kola generátorové turbíny. Praktický příklad využívá program Ansys 14.0 pro stanovení rozložení teplotního pole při daných režimech motoru a z něj je dopočítáno vstupní zatěžovací spektrum v kritickém místě. Pro výpočet počtu cyklů do mezního stavu je využita metodika izotermální a metodika termomechanická na základě odborných publikací prof. Nagodeho. Pro interpolaci výpočtu v jednotlivých časových inkrementech byl využit program MATLAB. V závěru jsou rozebrány výsledky jednotlivých metodik a vhodnost jejich použití.

Predicting thermomechanical fatigue methodology for a specific engine part is described in this master thesis. As a demonstrator of the methodology generator turbine disc is chosen. In order to increase the useful properties of thermally stressed parts of the turbine engine, the thermomechanical fatigue study was examined. When compared to commonly used cyclical fatigue calculation methodologies more accurate predictive values are achieved. The thesis deals with the low-cycle part of fatigue, which is especially important for determining the predicting life of both stator and rotor motor components. The material input parameters, one-to-one steps of the calculation to determine the life at a critical point. These knowledges are then applied to a practical example of generator turbine disc life predicting, is described in this thesis. The practical in example to determine the temperature field distribution at motor modes Ansys 14.0 software is used, moreover in input load spectrum at the critical point is calculated. Based on prof Nagode publications, to calculate the number of cycles to the limit state, the isothermal methodology and the thermomechanical methodology is used. MATLAB program and software owned by the Czech Aerospace Research Centre, VZLU were used to interpolate the calculation in individual time increments for the prediction of thermomechanical fatigue. Finally, the results of individual methodologies and the suitability of their use are discussed.