دانلود پایان نامه تحلیل تنش روتور توربین گازی به کمک مکانیک آسیب پیوسته

دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته‌ مهندسی مکانیک (طراحی کاربردی)

تحلیل تنش روتور توربین گازی به کمک مکانیک آسیب پیوسته

استاد راهنما:

دكتر علی نایبی

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

در این پایان نامه ، مدل متحد لومتر بر مبنای مکانیک آسیب پیوسته برای مدل‌سازی رفتار تنش-کرنش یک نمونه روتور توربین گاز استفاده شده است. قانون آسیب متحد که برای مدل‌سازی اندرکنش خزش-خستگی بکار می‌رود، بر اساس جزءکرنش پلاستیک تجمعی ناشی از آسیب خزشی و آسیب خستگی کم‌چرخه می‌باشد. به کمک آزمون‌های کشش دوره‌ای و رهایش، پارامترهای مدل آسیب متحد، مدل ویسکوز نورتن و ثابت‌های مدل سختی سینماتیکی غیرخطی ماده روتور تعیین شدند. همچنین به منظور اعتبارسنجی روش المان محدود، آزمون‌های انجام شده به صورت کاملاً یکسان توسط نرم‌افزار المان محدود ABAQUS مدل‌سازی گردید. رفتار تنش-کرنش روتور توربین گاز به کمک نرم‌افزار المان محدود ABAQUS مدل‌سازی گردید و رشد آسیب در نقاط بحرانی محاسبه شد. آزمون رپلیکا نیز در چهار نقطه از سطح روتور انجام شد و به کمک SEM، شکل‌گیری حفره‌های خزشی بررسی شد. بر اساس تحلیل مکانیک آسیب پیوسته، اندرکنش خزش-خستگی بررسی شد و عمر روتور تخمین زده شد.

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه  1

1-1 مقدمه  2

1-2 مكانیك آسیب پیوسته  4

1-3 هدف از انجام پژوهش    5

1-4 چکیده مباحث مطرح شده در این پایان‌نامه  5

فصل 2: مروری بر تحقیقات انجام شده  7

2-1 مکانیک آسیب پیوسته  8

2-2 اندرکنش خزش– خستگی  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: نتیجه‏گیری و پیشنهادات   135

7-1 نتیجه گیری  136

7-2 پیشنهادات   137

فهرست منابع   139

1-1 مقدمه

توربین‌های گاز یکی از اجزای بسیار مهم برای تولید انرژی در صنایعی نظیر هوافضا، دریانوردی، نفت و نیروگاه‌های حرارتی می‌باشند و كاربرد آنها در صنایع مختلف روز‌به‌روز در حال گسترش می‌باشد. بنابراین مطالعه و بررسی ابعاد مختلف توربین گاز به منظور استفاده بهینه و توسعه آن، امروزه در مراكز تحقیقاتی دنیا اهمیت ویژه‌ای پیدا كرده است. با توجه به اینکه توربین‌های گاز در شرایط کاری در برابر دما و نیروهای بسیار زیاد قرار می‌گیرند، دارای عمر محدودی هستند. بنابراین نیاز است که بتوان عمر اجزای آن را پیش‌بینی نمود. توانایی در انجام تخمین عمر ما را قادر به استفاده بهینه از تجهیزات مهندسی می‌کند که دارای مزایای اقتصادی بسیار زیادی می‌باشد.

یکی از اجزای بسیار مهم و اساسی توربین گاز، روتور آن می‌باشد که در معرض تنش‌ها و دماهای بسیار زیاد قرار دارد. این شرایط كاری بحرانی دما و تنش بالا باعث می‌گردد که مكانیزم‌های تخریب مختلفی بر روی روتور اعمال شده و در نتیجه روتور به مرور زمان دچار زوال و افت خواص شود.

در زمینه علل واماندگی[1] روتور، تحقیقات متعددی صورت گرفته است و مهمترین مكانیزم‌های تخریب آن از جمله خزش، خستگی، اكسیداسیون و خوردگی از لحاظ ریزساختاری و فیزیكی بررسی شده‌اند. همچنین اثر متقابل این واماندگی‌ها كه می‌تواند ناشی از اثر همزمان دو یا بیشتر این عوامل باشد، بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل، اندرکنش خزش-خستگی[2] از جمله مهمترین علل واماندگی در روتور توربین گاز می‌باشد. این پدیده كه ناشی از شرایط كاری سخت دما بالا و تنش‌های زیاد می‌باشد عمر روتور را محدود می‌كند. تركیب تنش و دمای زیاد باعث بروز پدیده خزش شده و گرادیان‌های شدید دمایی باعث خستگی حرارتی می‌گردند. بنابراین مهمترین مکانیزم‌های تخریبی که در زوال روتور و در نتیجه کاهش عمر آن نقش دارند عبارتند از خستگی حرارتی، خزش و اندرکنش آن‌ها.

بر خلاف سایر قطعات توربین مانند پره‌ها و اتصالات، واماندگی روتور در حین عملیات می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیر و سنگینی را به كل مجموعه توربین وارد كند. بنابراین سازندگان و کاربران توربین‌‌ها همواره در تلاش بوده‌اند تا بتوانند عمر مفید روتور را تشخیص داده و در زمان مناسب اقدام به تعمیر و در صورت لزوم تعویض آن کنند. علاوه بر این، تعویض روتور می‌تواند هزینه‌های سنگینی را متوجه نیروگاه‌ها کند. با توجه به این مطالب،‌ روشن می‌شود که تخمین دقیق‌تر عمر روتور به منظور استفاده بهینه از آن همواره از موارد مورد تحقیق پژوهشگران بوده و می‌تواند کمک شایان توجهی به کاهش هزینه‌ها در صنعت‌ کند. بنابراین آگاهی کامل و دقیق از مکانیزم‌های شكست و از كار افتادگی قطعات توربین به خصوص روتور، یک ضرورت محسوب می‌شود و می‌تواند با تخمین بهینه عمر، منجر به صرفه‌جویی اقتصادی قابل ملاحظه‌ای شود. از این دیدگاه،‌ اهمیت بحث تخمین عمر روتور توربین گاز روشن می‌شود.

لازم به ذکر است که پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه تکنولوژی ساخت توربین‌های گاز موجب شده است که قسمت‌های مهم و دوار اجزای نیروگاه‌ها مانند روتور و اجزای توربین‌، تحت بارهای کاری و دماهای بسیار بالاتری نسبت به گذشته به‌کار گرفته شوند که این امر بر ضرورت گسترش تحقیقات جدید در این زمینه دلالت دارد.

1-2 مكانیك آسیب پیوسته[3]

آسیب ماده یک فرایند فیزیکی است که طی آن ماده تحت بارگذاری دچار کاهش و زوال خصوصیات مکانیکی می‌شود و در نهایت می‌شکند. تضعیف ماده ناشی از پیدایش و رشد ریزترک‌ها[4] و ریزحفره‌ها[5] در بافت ماده است. علم مكانیك آسیب، علم مطالعه متغیرهای مکانیکی دخیل در این فرایندها در ماده تحت بارگذاری می‌باشد. بر خلاف ماهیت ناپیوسته‌ی آسیب، تئوری مکانیک آسیب پیوسته می‌کوشد تا رشد و گسترش این ناپیوستگی‌ها را در یک چارچوب پیوسته مدل‌سازی کند که این کار را با تعریف یک متغیر داخلی در محیط پیوسته انجام می‌دهد[1]. می‌توان گفت اگر مکانیک شکست[6] که علم بررسی و مدل‌سازی ناپیوستگی‌ها است را بتوان در چارچوب مکانیک پیوسته کلاسیک بیان نمود، به سمت مکانیک آسیب پیوسته رهنمون می‌شویم. در واقع هدف از گسترش مکانیک آسیب پیوسته پر نمودن فاصله موجود بین مکانیک پیوسته کلاسیک و مکانیک شکست می‌باشد. در دهه‌های اخیر تحقیقات زیادی بر روی مدل کردن فرآیند آسیب صورت گرفته، و تاکنون مدل‌های آسیب پیوسته‌ی متنوعی برای توصیف چنین پدیده ای در چارچوب مکانیک آسیب، ارائه شده است.

با وجود اینکه اصول و مفاهیم پایه مکانیک آسیب سابقه‌ای طولانی دارد، اما گسترش آن به خصوص برای مواد نرم در دهه‌های اخیر رخ داده است و از این جهت یک زمینه‌ی نسبتاً نو در علوم مکانیک به شمار می‌رود. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب ترین روش‌ها برای ارزیابی شکست در مواد نرم شناخته شده است[2].

تعداد صفحه : 147

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.