تحلیل دینامیکی دیسک و پره دارای شراد و تماس اصطکاکی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1061-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
شرکت گروه مپنا
چکیده
در این تحقیق، مدل المان محدود دیسک و پره دارای شرود توربین گاز با در نظر گرفتن تماس اصطکاکی و شرط تقارن سیکلیک به منظور تحلیل دینامیکی توسعه داده شده و ملزومات مهندسی فرآیند طراحی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل توسعه داده شده تنش های دینامیکی را با در نظر گرفتن فرکانس گذر پره و میرایی اصطکاکی در ناحیه تماس با دقت بالایی محاسبه می کند. یکی از چالش های اصلی در موتورهای توربین گاز، خرابی خستگی با چرخه بالا پره های توربین ناشی از رزونانس ارتعاشی پره در محدوده عملکرد است. به منظور پیشگیری از خرابی و افزایش دامنه ارتعاشات و ناپایداری، پژوهشگران و سازندگان توربوماشین ها از میراگرهای اصطکاکی از نوع شرود و صفحه زیرین استفاده می کنند که به واسطه تماس اصطکاک-ضربه، روشی مناسب برای اتلاف انرژی و جابجایی فرکانس های طبیعی می باشد. تحلیل ارتعاشی پره های مجهز به شرود، برای طراحی پره، پیش بینی تنش دینامیکی و تعیین عمر خستگی با چرخه بالا ضروری است.
محاسبات این پژوهش شامل سه بخش اصلی است: (۱) ایجاد یک مدل کاهش یافته کارآمد با استفاده از تقارن سیکلیک و که قابلیت تحلیل استاتیکی و دینامیکی دیسک و پره مونتاژ شده را با در نظر گرفتن نیروهای آیرومکانیک دارا باشد. (۲) تحلیل استاتیکی غیرخطی با در نظر گرفتن نیروهای گریز از مرکز، دما و فشار. در این تحقیق مدل تماس اصطکاک-ضربه بر پایه کولمب بوده و پدیده لغزش کامل را مدل سازی می کند. (۳) تحلیل ارتعاشات آزاد دیسک و پره با در نظر گرفتن تقارن سیکلیک به منظور استخراج نمودار کمبل که مقذمه ای ضروری برای طراحی دیسک و پره به شمار می رود. (4) تحلیل پاسخ اجباری دیسک و پره در اثر تحریک نیروهای دینامیکی حاصل از جریان گذرای پره ها به منظور تعیین تنش های دینامیکی در پره.
کلیدواژه ها
 
Title
ِDynamic analysis of shrouded blade and disk assembly with frictional contact
Authors
Golsa Ghanati, Mohammad mahdi Barjesteh, Roohallah Sobhani
Abstract
In this research, a finite element model of a gas turbine's bladed disc with a shroud was developed, incorporating frictional contact and the cyclic symmetry condition for dynamic analysis. The engineering requirements of the design process were also investigated. The developed model accurately calculates dynamic stresses by considering the blade passing frequency and frictional damping in the contact region. A primary challenge in gas turbine engines is the high-cycle fatigue (HCF) failure of turbine blades caused by blade resonance during operation. To prevent failure, increase the damping of vibrations, and enhance stability, researchers and turbomachinery manufacturers use friction dampers such as shrouds and under-platform dampers. These dampers provide an effective method for energy dissipation and natural frequency shift through friction-impact contact. Vibrational analysis of shrouded blades is essential for blade design, dynamic stress prediction, and high-cycle fatigue life determination. The computations in this study comprise three main parts: (1) Creating an efficient reduced-order model using cyclic symmetry, capable of static and dynamic analysis of the assembled disc and blade under aeromechanical forces. (2) Performing a nonlinear static analysis considering centrifugal forces, temperature, and pressure. The friction-impact contact model in this research is based on the Coulomb model and simulates the macro-slip phenomenon. (3) Conducting a free vibration analysis of the disc and blade using cyclic symmetry to extract the Campbell diagram, which is a crucial prerequisite for the design of the disc and blade. (4) Performing a forced-response analysis of the disc and blade under dynamic excitation forces from blade transient flow to determine the dynamic stresses in the blade.
Keywords
Disk-Blade, Frictional contact, Cambell diagram, Dynamic stress