در این پروژه تحقیق جامعی بر اتصالات t و y با زوایای 45 و 60 درجه با بار گذاری ترکیبی سه حالت بارگذاری ساده ی محوری، خمش درون صفحه وبرون صفحه اعمالی بر لوله فرعی انجام شد. در حدود 200 مدل هندسی تحت بیش از 1000 تحلیل المان محدود قرار گرفتند. از نتایج حاصل معادلاتی برای تخمین فاکتور تمرکز تنش در این اتصالات به دست آمد. تحقیق فوق با استفاده از نرم افزار قدرتمند آباکوس صورا گرفته است و سپس با کمک نرم افزار spss و با کمک تئوری های کمترین مجموع مربعات معادلات تخمین زننده به دست آمد. اثرات شرایط تکیه گاهی مفصلی و صلب نیز مورد بررسی قرار گرفته شد. با توجه به اهمیت ترکیب بار گذاری های ترکیبی؛ 180 مدل هندسی تحت بارگذاری های ترکیبی قرار گرفت و معادلاتی برای تخمین فاکتور تمرکز تنش تحت بارگذاری ترکیبی به دست آمد.

پوسته ی توربین های گازی، مستعد ایجاد ترک از سمت داخل پوسته و در مجاورت سوراخ های موجود در پوسته، می باشند. در این مطالعه، ترک های موجود بر پوسته با استفاده از تست های غیر مخرب بررسی شدند. خصوصیات فیزیکی و مکانیکی پوسته مورد مطالعه قرار گرفت و بارهای وارد بر پوسته بررسی شد. با توجه به بارهای وارد بر پوسته، خستگی حرارتی عامل اصلی این پدیده شناخته شد. دمای سطح خارجی پوسته با استفاده از ترموویژن اندازه گرفته شده و برای اندازه گیری دمای سطح داخل پوسته، دماسنج هایی روی پوسته نصب گردیده است. با استفاده از دماهای اندازه گرفته شده، به عنوان شرایط مرزی، پوسته در نرم افزار ansys تحلیل گردید. با تحلیل پوسته در طی یک سیکل کاری توربین، زمان وقوع حالت بحرانی که در آن بهترین شرایط برای رشد ترک مهیا است، به دست آمد. پوسته یک بار دیگر با استفاده از روش زیر- مدل سازی تحلیل شد و نتایج به دست آمده، توسط یک کد اطلاعاتی خاص به نام فایل mrp که به زبان ascii نوشته شد، به نرم افزار franc3d منتقل گردید. از نرم افزار osm برای ایجاد مدل هندسی مناسب با ساختار franc3d استفاده شد. رشد ترک در پوسته توسط نرم افزار franc3d شبیه سازی شد و روند رشد یا عدم رشد ترک ها بررسی گردید.

ارتعاشات ماشین های دوار، به عنوان یک شاخه وسیع در مهندسی مکانیک تحت عنوان روتوردینامیک کاربرد گسترده ای در صنایع یافته است. آنالیز دینامیکی و ارتعاشی ماشین آلات دوار از حیث جلوگیری از اتلاف انرژی، کنترل پایداری و عیب یابی حائز اهمیت می باشد. عیب یابی ماشین آلات دوار از روش های مختلفی نظیر آنالیز ارتعاشات، آنالیز ترموگرافی، آنالیز ترایبولوژی، آنالیز آلتراسونیک و ... انجام می پذیرد که در این بین آنالیز ارتعاشات کاربرد گسترده تری یافته است. خواص ارتعاشات ناشی از عیوب، می تواند راهنمایی بر تشخیص عیوب باشد. فرکانس، دامنه ارتعاشات و زاویه فاز از مشخصه هایی هستند که می توان از روی آنها به ریشه عیوب پی برد. در این پایان نامه ابتدا دینامیک سیستم های دوار و مفاهیم مرتبط با آن بیان شده و سپس روتور جفکات به عنوان ساده ترین مدل، جهت بررسی رفتارهای خمشی روتورهای دوار معرفی گردید. در ادامه مدلی از یک روتور دوار با شفت منعطف و دیسک های نابالانس بررسی شده که در آن یاتاقان ها به صورت لایه نازک روغن در نظر گرفته شده است. معادلات حرکت حاکم بر سیستم، از یافتن انرژی های جنبشی و کرنشی اجزای مختلف سیستم و به کارگیری روش لاگرانژ به دست آورده شد. برای حل معادلات حرکت، از روش مودهای فرضی استفاده شده است. با حل همگن معادلات حرکت، فرکانس های طبیعی و از حل ناهمگن آن پاسخ نابالانس و زاویه بین نابالانسی و نقطه احتمالی سایش، به دست آمد. از آنجا که در سیستم های دوار معادلات حرکت متاثر از سرعت دورانی هستند، لازم است موارد مذکور به ازای سرعت های دورانی متفاوت محاسبه شوند. با در دست داشتن دامنه پاسخ نابالانس، اندازه نابالانسی و توسط نمودار زاویه بین نابالانسی و نقطه سایش، می توان به موقعیت زاویه ای نابالانسی نسبت به نقطه سایش پی برد.

توربین های گازی مدل ge-f9 دچار معایبی از جمله ترک خوردگی در قسمت پوسته می شوند. به علت شرایط کاری توربین خستگی حرارتی به عنوان عامل اصلی ایجاد و رشد ترک ها شناسایی می شود. در این پروژه، در ابتدا عمر خستگی ترک شناسایی شده در ناحیه سوراخ پین خارج از مرکز یک پوسته توربین گاز مدل ge-frame9، که یکی از مستعد ترین مناطق برای ایجاد و رشد ترک در این دسته از توربین ها می باشد پیش بینی گردید. به منظور انجام این تحلیل، موقعیت و جهت گیری ترک توسط انجام تست های غیر مخرب بدست آمد، از یک روش ترموگرافی غیر تماسی جهت اندازه گیری دمای سطح خارجی پوسته استفاده شد و دمای سطح داخلی پوسته توسط نصب ده ترموکوپل اندازه گیری گردید. با به کارگیری نرم افزار المان محدود abaqus توزیع تنش های پوسته در طی یک سیکل کاری بدست آمد و سپس، رشد خستگی ترک مورد نظر توسط کد مکانیک شکست zencrack پیش بینی گردید. نتایج حاصل از تحلیل انجام شده نشان داد که نرخ رشد ترک به تدریج کاهش خواهد یافت و زمانی که ضرایب شدت تنش به مقدار threshold می رسند، رشد ترک متوقف خواهد شد. با این حال، به منظور جلوگیری از رشد ترک به میزان مذکور و پیشگیری از رشد بیشتر آن در اثر وقوع شرایط بحرانی و غیر قابل پیش بینی، می بایست راهکار مناسبی جهت توقف ترک ارائه گردد. جنس پوسته توربین نوعی از ماده چدن (ductile cast iron) می باشد. چدن یکی از دشوارترین فلزات ریخته گری برای جوشکاری است. تعمیر ترک قطعات با جنس چدن توسط نصب پین های دوخت سرد می تواند راهکار مناسبی در مقابل دشواری های پیش رو در روش های جوشکاری باشد. در این روش پین ها طبق الگویی مشخص در کل طول ترک نصب می گردند و باعث ایجاد مقاومت و آب بند بالایی می شوند.تاثیر نصب پین های دوخت سرد به صورت تحلیلی، تجربی و مدلسازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج تحلیل های انجام شده نشان داد که پس از نصب پین ها ضرایب شدت تنش کاهش می یابند و با کاهش بیشینه ضریب شدت تنش در جبهه ترک و رسیدن به مقدار threshold ترک متوقف می گردد. از روش های کانتور انتگرال و ctod برای محاسبه مولفه های مکانیک شکست استفاده گردید و از روش paris به منظور رشد ترک خستگی استفاده شد.

توربینهای گازی سری ge-f9 به علت شرایط کاری در دمای بالا و تغییرات گرادیان دمایی با مسایل خزش و خستگی روبهرو هستند. این عوامل جزء عوامل اصلی رشد ترکها در پوسته توربین میباشند. در این پروژه برهمکنش رشد ترک خزش و خستگی ترکی بر روی سطح خارجی پوسته بررسی شده است و سپس عمر کلی قطعه پیشبینی گردیده است. موقعیت ترک و اندازه آن با استفاده از تست?های غیر مخرب (pt) انجام شده است. با استفاده از عکسبرداری ترموگرافی دمای سطح خارج پوسته و با نصب 10 عدد ترموکوپل دمای سطح داخل پوسته در طول یک سیکل کاری توربین اندازهگیری شده است. برای تحلیل تنش پوسته از نرمافزار abaqus استفاده شده است، سپس تغییرات تنش در یک سیکل کاری توربین بررسی شده است. سپس با استفاده از نرمافزار zencrack رشد ترک خزش و خستگی مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان میدهند که خستگی حرارتی و خزش عامل اصلی رشد ترکها میباشند و ضریب شدت تنش ترک پس از مدتی کاهش یافته و با رسیدن آن به مقدار k_th ترک متوقف میگردد. برای تحلیل ترک از روشهای ctod و انتگرال j استفاده گردید. برای رشد ترک خستگی از معادله پاریس و برای رشد ترک خزشی از معادله پاریس وابسته به زمان، c_t-integral، استفاده شده است.

در حین ترمزگیری وسائل نقلیه، انرژی مکانیکی وسیله متحرک به انرژی حرارتی تبدیل می شود و حرارت تولید شده بین دیسک و لنت ترمز پخش می گردد. شوک حرارتی وارده به سطح دیسک ترمز باعث ایجاد گرادیان دمایی و همچنین تنش های حرارتی بالا در دیسک می شود. در نتیجه این تنش های حرارتی، ترک های طولی در سطح تماس آنها ایجاد شده و باعث کاهش عمر دیسک می گردد. استفاده از مواد جدید در طراحی و ساخت دیسک ترمز، تأثیر بسزایی در بازدهی و قابلیت اعتماد سیستم ترمز قطار خواهد داشت. مواد fg به مواد کامپوزیتی غیرهمگنی گفته می شود که خواص مکانیکی و ترمومکانیکی آن بطور پیوسته و تدریجی از یک سطح به سطح دیگر تغییر می کند. با این روش استحکام ماده در مقابل تنش های حرارتی، تنش های پسماند، عوامل تمرکز تنش بیشتر شده و مقاومت سایشی در سطح تماس افزایش می یابد. در این پایان نامه، رفتار ترمومکانیکی دیسک ترمز لکوموتیو er24pc و همچنین تاثیر ماده fg بر عملکرد آن با استفاده از روش المان محدود گذرا بررسی شده است. روش تحلیل در این پایان نامه کوپل حرارتی – مکانیکی غیر مستقیم می باشد که با استفاده از نرم افزار ansys انجام شده است. گرمایی که به سطح هر دیسک وارد می شود بر حسب زمان ترمزی محاسبه و در فرایند شبیه سازی، به عنوان بار حرارتی به سطح دیسک وارد می گردد و میدان توزیع دما در آن تعیین می شود. بعد از تحلیل حرارتی، قیدهای مکانیکی و همچنین فشار حاصل از تماس لنت با دیسک بر روی مدل اعمال می گردد و با استفاده از میدان توزیع دما، تنش های ترمومکانیکی در دیسک ترمز محاسبه می گردد. در این مطالعه، تاثیر مواد fg بر کاهش تنش های حرارتی و افزایش عمر آنها بررسی شده و ماده fg مناسب پیشنهاد گردیده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که با استفاده از ماده fg مناسب می توان ضریب اطمینان طراحی را بهبود بخشید.

در بخش ژورنال روتور توربین گازی به دلیل اختلال در سیستم روغن رسانی و تماس بین سطح روتور و یاتاقان در دور بالا و در نتیجه ایجاد اصطکاک، دمای روتور به شدت افزایش می یابد که منجر به از کار افتادن سیستم توربین می شود و با از کار افتادن سیستم، شفت سریعاً تا دمای محیط خنک می شود. این امر باعث تغییرات متالورژیکی و مکانیکی در ماده شفت شده و سختی آن به میزان زیادی افزایش می یابد. برای کاهش سختی موضعی تا حد مطلوب و حذف تنش های داخلی از عملیات حرارتی تمپرینگ استفاده می شود که باید پارامترهای آن همچون زمان و دمای عملیات به دقت تعیین شوند. برای این منظور از روش های متالورژیکی-تجربی و حل المان محدود استفاده می شود . در روابط متالوژیکی با استفاده از تغییرات سختی قبل و بعد از عملیات، دمای عملیات و از نمودار لارسون-میلر زمان تمپرینگ محاسبه شد. سیکل عملیات حرارتی در یک شرکت تعمیرات نیروگاهی اجرا شده است. آنالیز عددی سیکل عملیات حرارتی با فرض ماده الاستیک-کاملا پلاستیک جهت کاهش سختی تا حد 300 ویکرز مدل شده است. افزایش سختی برحسب تنش پسماند معادل سازی شده و به صورت شرایط اولیه تنشی در مناطق سخت شده که دارای تنش تسلیم بالاتری است، وارد شده است. در آزادسازی تنش های پسماند از بحث خزش استفاده شده است. در عملیات حرارتی فاکتور های زیادی از قبیل پایین بودن تنش تسلیم در دمای بالا و متغیر بودن آن نسبت به دما دخالت دارند. تغییرات تنش های پسماند موجود در ماده طی شبیه سازی به دست آمده است. نتایج دو روش تجربی و عددی تطابق خوبی با یکدیگر نشان دادند. حذف نواحی ترد و کاهش دامنه پراکندگی سختی در سطح ژورنال روتور از جمله نتایج این پروژه است.

تحلیل واماندگی قطعاتی که دچار شکست شده اند، اطلاعاتی در مورد دلایل و شرایط شکست در اختیار قرار می دهد. فراکتوگرافی بخشی ضروری از تحلیل واماندگی است و در بسیاری از مواقع، تنها راه شناخت مکانیزم شکست است. با استفاده از فراکتوگرافی، می توان اطلاعاتی در مورد عمر قطعه و مقادیر ضریب شدت تنش و مقدار تنش وارده به دست آورد. در این پژوهش، ضمن معرفی ویژگی های انواع مختلف شکست در مقیاس میکروسکوپی، نتایج بررسی های فراکتوگرافی و آنالیز شیمیایی پره ی متحرک کمپرسور در یک دستگاه توربین ge frame 6 ارائه شده است. نتایج بررسی ها نشان می دهند که منشأ ترک، حفرات خوردگی روی سطح پره بوده است و مکانیزم شکست خستگی با دور بالاست. با استفاده از فاصله ی خطوط مواج و با استفاده از چهار روش مختلف، عمر قطعه محاسبه و با حل عددی مقایسه شده است. تحلیل های فراکتوگرافی و نتایج عددی تطابق قابل قبولی با هم دارند. روشی که بهترین تطابق با واقعیت را داراست، استفاده از فاصله ی خطوط مواج برای اندازه گیری ضریب شدت تنش و سپس استفاده از فرمول پاریس برای تخمین عمر می باشد.

بار بحرانی کمانش، یکی از موارد مهم و قابل توجه در طراحی مخازن و لوله های تحت فشار خارجی است. هر چند برای طراحی و تحلیل این گونه سازه ها، مستندات و استانداردهای زیادی وجود دارد، ولی به دلیل پیچیدگی موضوع و همچنین وجود پارامترهای زیاد، فرمول های پیشنهادی به طور دقیق و جامع نیستند. از جمله پارامترهای موثر در کمانش این سازه ها، نقص شکل، ناهمگونی متالوژیکی، و تنش های پسماندی است که می تواند ناشی از نورد ورق ها و یا اتصالات جوشکاری باشد. جوشکاری یکی از روش های معمول و مهم در مراحل ساخت مخازن و لوله ها می باشد. موضوعات بسیاری با کنترل کیفیت سازه های جوش خورده در ارتباط هستند. در جوشکاری، فلزی که در مجاورت خط جوش قرار دارد شرایط دمایی مختلفی را تجربه می کند، به دلیل گرادیان حرارتی بالا، توزیع دمایی غیر یکنواخت در جوش و نواحی اطراف آن رخ می دهد. نتیجه ی این فرآیند به وجود آمدن تغیرشکل ها و تنش های پسماند در سازه ی جوش خورده است. ترک ها، خوردگی و عیوب مکانیکی و متالوژیکی، از دیگر مشکلات رایج در اتصالات جوشی هستند. هر چند که اتصال جوشکاری شده از نظر استحکام، معمولا بالاتر از اتصالات دیگر محسوب می شود، ولی جوشکاری با ایجاد همین عوارض، مقاومت سازه، از جمله مقاومت به کمانش را تحت تأثیر قرار می دهد. در این تحقیق، از میان همه ی این عوارض ناشی از جوشکاری، تأثیر تنش های پسماند بر مقاومت کمانش، بررسی خواهد شد. برای این منظور، ابتدا با استفاده از نرم افزار ansys به بررسی میدان تنش های پسماند در انواع جوشکاری پوسته های استوانه ای پرداخته می شود، از جمله جوش اسپیرال، که امروزه در جوشکاری خطوط لوله کاربرد فراوان دارد. در ادامه، با تکرار مدل سازی برای یک صفحه و مقایسه ی نتایج تحلیل المان محدود با نتایج تجربی، صحت مدل سازی و روند تحلیل اعتبار سنجی می شود. سپس به بررسی پدیده ی کمانش پرداخته و نتایج المان محدود، در مورد یک صفحه، با روابط تحلیلی موجود برای کمانش صفحه، و در مورد یک سیلندر با نتایج یک مقاله ی معتبر مقایسه می شود. در آخر با بررسی بار بحرانی کمانش مربوط به این سازه ها بعد از عملیات جوشکاری، ومقایسه ی آن با نمونه ی بدون جوش، تأثیر عملیات جوشکاری و تنش پسماند ناشی از آن بر بار کمانش تحقیق خواهد شد. طبق نتایج، تأثیر تنش های پسماند ناشی از فرآیند جوشکاری بر بار بحرانی کمانش ناچیز بوده و با در نظر گرفتن فقط تأثیر تنش های پسماند، تغییر بار بحرانی کمانش زیاد محسوس نخواهد بود، و باید تغییر شکل های جوشی و تغییر خواص متالوژیکی ناشی از جوشکاری را نیز در بررسی تأثیر جوش بر بار کمانش در نظر گرفت. کلمات کلیدی: بار بحرانی کمانش،پوسته های استوانه ای، فشار خارجی، اتصال جوشی، تنش پسماند

لقی نوک پره های کمپرسور اهمیت بسیار زیادی در پایداری، بازده و نسبت فشار آن دارد. به علت کوچک بودن میزان این فاصله هرگونه تغییری در آن تأثیرات بسیار زیاد بر عملکرد کمپرسور می گذارد. علاوه بر این هر میزان کاهش لقی می تواند موجب تماس پره با پوسته شود. به این منظور در پژوهش حاضر یافتن میزان تغییر شکل پوسته ی کمپرسور توربین گاز ge-frame6 به سبب تنش های حرارتی موجود در آن و به تبع آن تغییر در میزان لقی مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل های ارائه شده بر پایه ی المان محدود انجام پذیرفت. هم چنین راهکارهایی جهت کاهش میزان این تغییر شکل ارائه گردید.

یکی از عوامل اصلی ناپایداری و شکست بسیاری از سازه ها و سازندهای سنگی و بتنی، وجود ترک ها، درزه ها و ناپیوستگی هایی است که تحت تأثیر بارهای استاتیکی و دینامیکی(خستگی)، به مرور زمان رشد کرده و نهایتاً باعث کاهش مقاومت سازه و یا حتی تخریب آن می گردند. تحقیق حاضر در دو فاز کلی انجام شد، در فاز اولیه به منظور بررسی رفتار خستگیِ سنگ(سنگ آهک) و بتن(بتن معمولی و بتن تقویت شده با الیاف پلی پروپیلن) تحت بارهای چرخه ای با دامنه ثابت، آزمایشات خستگی بر روی نمونه ها، در سه سطح بارگذاریِ خمشیِ سه نقطه ای سیکلیک انجام گرفت. سپس عمر خستگی و رشد ترک در نمونه ها، به صورت تحلیلی(بر مبنای nlfm و قانون پاریس) و عددی(اجزا محدود) مدل سازی شد. در روش عددی مولفه های مکانیک شکست با استفاده از روش های ctod و j-integral، به دست آمد و آنالیز عددی ترک خستگی برای هردوی این روش ها صورت گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که در تمامی نمونه ها(سنگ و بتن)، با افزایش سطوح بارگذاری، از عمر خستگی کاسته شده و به سرعت رشد افزوده شده است. همچنین نمونه های بتنی تقویت شده، نسبت به بتن معمولی، طول ترک اولیه کوچک تر، عمر خستگی بیشتر و طول ترک نهایی بزرگ تری نشان دادند. نتایج مدل سازی نیز نشان داد، با وجود موفقیت روش تحلیلی در پیش بینی رفتار خستگی، عمر خستگی پیش بینی شده حاصل از روش عددی، مطابقت بیشتری با نتایج آزمایشات نشان داد. بهترین نتایج از آنالیز ترک خستگی به کمک روش j-integral، حاصل شد. در فاز دومِ پروژه، رفتار این مواد تحت بارهای چرخه ای با دامنه متغیر، مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور یک مطالعه موردی(سد زاوین) انتخاب شد و آنالیز ترک خستگی در شرایطی انجام شد که ترکیبی از بارهای مختلف از قبیل بارثقلی، بارهیدراستاتیکی، بار هیدرودینامیکی و بار زلزله به سد اعمال می شد. نتایج نشان داد که رشد ترک در تمامی نواحی ِواصل به جناحین سد به صورت صفحه ای (صفحه x-z) بوده و با دور شدن از جناحین و به سمت مرکز سد، از محدودیت رشد در این صفحه کاسته شده، و در راستای محور y(در راستای ارتفاع سد) نیز گسترش یافته است. و همچنین با دور شدن از تاج و نزدیک شدن به فونداسیون، به تبعیت از افزایش تنش های کششی، رشد ترک خستگی نیز افزایش یافته است و بیش ترین رشد ترک در بدنه سد، در محل اتصال سد به فونداسیون و بیش ترین رشد ترک در کل سازه، در فونداسیون سنگیِ سد رخ داده است. نتایج نشان داد که در تمامی نواحیِ بدنه بتنی و فونداسیون سنگیِ سد، ضرایب شدت تنش حداکثر، به ترتیب از چقرمگی شکستِ بتن و فونداسیون کمتر بوده و از لحاظ پایداری سازه، مشکل ساز نخواهند بود.

پره های متحرک ردیف اول چهار کمپرسور جریان محوری به طور ناگهانی شکسته شدند. بازرسی های اولیه نشان داد که جو محل، شامل اجزای خورنده می باشد که موجب افزایش امکان ایجاد حفره بر روی پره ها شده است. ترک از دو حفره ی خوردگی ایجاد گردیده است. در این پژوهش مشخص شده است که کدام یک از مکانیزم های ترک خوردگی تنشی یا خستگی خوردگی، در انتقال حفره ها به ترک اولیه غالب می باشد. بدین منظور مطالعات آزمایشگاهی، عددی و نظری انجام شد. بررسی های رپلیکا، میکروسکوپ الکترونی روبشی و شکست نگاری پره ی شکسته شده، نشان داد که حفره ها تحت مکانیزم ترک خوردگی تنشی به هم متصل شده اند و یک حفره ی بزرگ تر را تشکیل داده اند که این موجب کاهش بیشتر زمان واماندگی شده است. حفره های موجود بر روی پره، با نرم افزار abaqus شبیه سازی و تحت نیروهای وارده تحلیل شده است. نتایج شبیه سازی، محل تمرکز تنش بیشینه را داخل یکی از حفره ها مشخص کرده است که با محل ترک خوردگی تنشی در عمق حفره هم خوانی دارد. تحلیل نظری و عددی بیان داشت که محدوده ی فاکتور شدت تنش در اطراف حفره ها کوچک تر از محدوده ی فاکتور شدت تنش آستانه است؛ بنابراین ترک ها از دهانه ی حفره تحت مکانیزم ترک خوردگی تنشی، ایجاد و منتشر شده و سپس حفره ها به هم متصل شده اند و یک حفره ی معادل را ساخته اند. در این حالت محدوده ی فاکتور شدت تنش به محدوده ی فاکتور شدت تنش آستانه رسیده و ترک تحت مکانیزم خستگی رشد می کند. در نهایت شبیه سازی رشد ترک توسط کد مکانیک شکستzencrack انجام شده و با مشاهدات آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج حاصل از تخمین عمرتوسط کد مکانیک شکستzencrack ، با استفاده از روابط تحلیلی با کدنویسی در نرم افزار matlab صحت سنجی شده است.

پره ردیف اول کمپرسور توربین گازی ge-f6 یک واحد نیروگاهی دچار شکست گردید. بررسی‏های اولیه نشان داد خوردگی توأم با تنش به همراه سایش، سبب بوجود آمدن حفره روی پره شده است. در این پایان‏نامه ابتدا با بررسی آنالیز تنش استاتیکی، میزان سطح تنشهای وارده بر پره بررسی شد. آنالیز مودال و آنالیز دینامیکی پره، سطح تنشهای دینامیکی را بدست آورد و نشان داد که رزونانس پره تحت مود اول فرکانسی سبب ایجاد میکروترک شده است. بررسی‏های آزمایشگاهی سطح شکست نشان داد ترک در اثر پدیده خستگی رشد کرده تا نهایتا موجب شکست پره گردیده است. در این پژوهش آنالیز عددی رشد ترک خستگی، توسط نرم‏افزار franc3d شبیه‏سازی شده است. بررسی‏ها در دو حالت یک ترک و دو ترک انجام شد. همچنین بررسی ضرایب شدت تنش، حاکم شدن مود i را تایید کرد. در نهایت عمر خستگی پره توسط مدل پاریس بدست آمد.

از آنجا که کمپرسورهای محوری معمولا در دورهای بالا کار می کنند، بنابراین در معرض تنش های زیادی هستند و گاها این تنش ها باعث خرابی های گسترده در آنها می گردد. از همین روی در این مقاله سعی بر آن شده است تا تحلیل های دینامیکی و سیالاتی مختلفی روی پره های ردیف اول کمپرسور انجام گیرد. دلیل آن نیز این است که پره های ردیف اول به علت بزرگ بودن و اینرسی بالا تحت تنش های بزرگ تری قرار می گیرد و احتمال خرابی آن نیز بیشتر است. در این گزارش ابتدا به بررسی پدیده استال و علل وقوع آن و اثرات آن روی کارکرد کمپرسور پرداخته می شود. سپس به انجام تحلیل سیالاتی و بدست آوردن کانتورهای فشار برروی پره ها و همچنین نحوه ی توزیع فشار در ردیف اول کمپرسور و بررسی ناپایداری های جریان در حالات مختلف و شرایط مرزی گوناگون پرداخته می شود. در مرحله ی بعدی حل مودال را برای پره های ردیف اول انجام می دهیم و فرکانس های طبیعی پره های ردیف اول بدست آورده می شود. نهایتا کانتورهای فشار بدست آمده از مرحله ی قبل را برروی پره ها اعمال کرده و کانتورهای تنش وارد شده به پره را بدست می آوریم.

یکی از عوامل اصلی واماندگی کمپرسور توربین های گازی مورد استفاده در نیروگاه ها، صنایع پتروشیمی و صنایع هوایی، شکست پره های کمپرسور ناشی از فرآیند خستگی پرچرخه می باشد. عوامل گوناگونی نظیر آسیب اشیای خارجی، سایش ناشی از برخورد ذرات ساینده، خوردگی شیمیایی ناشی از وجود محیط خورنده روی سطح پره و عوامل دیگر نیز در ایجاد ترک اولیه در این پره ها نقش دارند. در پایان نامه حاضر به بررسی تجربی پدیده سایش و خوردگی در پره ردیف اول کمپرسور توربین گازی مدل ge-frame 6 پرداخته شده است. آزمایش های انجام شده روی ماده به کار رفته در ساخت پره، به سه بخش آزمایش های سایش، خوردگی و سایش- خوردگی تقسیم شده است. در بخش آزمایش های سایش، دستگاهی جهت انجام آزمایش ها ساخته شده و آزمون-های متعددی در سرعت های مختلف در شرایط شبیه سازی شده کارکرد پره، توسط پودر ساینده با اندازه مشخص، انجام شده است. در بخش خوردگی نیز، ماده پره در محلول خورنده شبیه سازی شده از شرایط کاری پره، قرار داده شد و مطالعات متنوعی روی سطح نمونه خورده شده صورت گرفت. در بخش سایش- خوردگی نیز، نمونه های ساییده شده در زوایای مختلف در محلول خورنده قرار گرفت و اثر سایش روی خوردگی بررسی شد. در این بخش، اثر خوردگی روی سایش نیز مورد آزمایش قرار گرفت. پس از انجام آزمایش های سایش، مشاهده گردید که سایش در زوایای مختلف، باعث ایجاد حفراتی با مشخصات گوناگون و همچنین باعث تغییر ترکیب درصد عناصر در سطح نمونه ها شده است که مقدار این تغییرات در سرعت ثابت وابسته به زاویه برخورد ذرات ساینده با سطح نمونه می باشد. علاوه بر این، مقدار ضرایب سایش تغییر شکلی و سایش برشی برای آلیاژ مورد نظر با استفاده از پودر سیلیس بدست آمد. مقدار سایش در منطقه بحرانی پره در نزدیکی ارتفاع شکست آن نیز محاسبه و پیش بینی شد. پس از انجام آزمایش های خوردگی و سایش- خوردگی نیز مشاهده گردید که در محل حفرات، مقادیری از عناصر حفره زا وجود دارد که باعث تشدید رشد حفرات شده است. در نهایت نوع اثرات متقابل دو پدیده سایش و خوردگی روی یکدیگر در آلیاژ سازنده پره تعیین گردید.

روتور توربین¬های فشار بالا و فشار متوسط در محدوده¬ی دمایی معینی کار می¬کنند که ممکن است مشکلاتی از قبیل: تردشدگی بازپخت ، خزش ، خستگی حرارتی ، خوردگی ، اعوجاج موضعی ، و مانند آن برای روتور اتفاق بیفتد. عواملی همچون ترکیبی از ارتعاشات روتور و فقدان فضای آزاد مناسب بین قسمت¬های دوار و ایستایی توربین سبب ایجاد پدیده¬ی سایش و متعاقباً خمش دائمی روتور می¬گردد. در طول سال¬ها روش¬های مختلفی برای رفع خمش روتور توسعه یافته و به کار گرفته شده¬اند. که در این پایان نامه به اختصار به آن¬ها پرداخته می¬شود. در فروردین 1385 و بعد از حدود 30000 ساعت کارکرد یک توربین بخار، خمش موضعی بر روی روتور مشاهده گردید. بازرسی چشمی نشان داد که این اتفاق در اثر سایش در محل بالانس پیستون رخ داده است. بر اساس نتایج تست¬های غیر مخرب ، آنالیز شیمیایی و تست اندازه گیری خروج از مرکزی و با توجه به امکانات موجود، رفع خمش به روش گرمایش موضعی به عنوان مناسب¬ترین روش انتخاب گردید. پروسه¬ی تنش زدایی به مدت 12 ساعت در دمای ثابت 680 درجه سانتی¬گراد به عنوان شرایط بهینه عملیات حرارتی بازپخت به اجرا در آمد. آنالیز حرارتی به روش المان محدود برای دستیابی به پروسه¬های گرمایش و سرمایش مطلوب انجام گرفت و نتایج حاصل با نتایج تجربی مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی¬های عددی نشان داد که دمای بهینه، مساحت بهینه¬ی گرم کردن موضعی که در عمل قابل اجرا باشد و همچنین زمان مطلوب گرم کردن به ترتیب برابرند با: °c 10± 700 ، 2mm 243×104 و s 10±225. نتایج تجربی نشان داد که بهترین موقعیت برای گرمایش همان نقطه¬ی ماکزیمم خمش می¬باشد، بعلاوه، دقیقاً دوباره گرم کردن موضع گرم شده در مرحله¬ی قبل اثر مثبتی به همراه نخواهد داشت.

یکی از عوامل اصلی واماندگی کمپرسور توربین¬های گازی مورد استفاده در نیروگاه¬ها، صنایع پتروشیمی و صنایع هوایی، شکست پره¬های کمپرسور ناشی از فرآیند خستگی پرچرخه می¬باشد. عوامل گوناگونی نظیر آسیب اشیای خارجی، سایش ناشی از برخورد ذرات ساینده، خوردگی شیمیایی ناشی از وجود محیط خورنده روی سطح پره و عوامل دیگر نیز در ایجاد ترک اولیه در این پره¬ها نقش دارند. در پایان نامه حاضر به بررسی اثر پوشش دهی در کاهش سایش و خوردگی با روش pvd با ایجاد چند لایه‎ی tin/ticn/tialn و tin/ticn/tin/ti بر روی زیرلایه که از جنس پره‎ی کمپرسورgtd 450 می باشد، پرداخته است. آزمایش‎های انجام شده بر روی قطعات پوشش داده شده و پوشش داده نشده به دو بخش سایش و خوردگی تقسیم شده است. در بخش آزمایش¬های سایش، دستگاهی جهت انجام آزمایش¬ها ساخته شده و آزمون¬های متعددی در سرعت¬های مختلف، زوایای گوناگون در شرایط شبیه¬سازی شده کارکرد پره، توسط پودر ساینده با اندازه‎های مشخص، انجام شده است. در بخش خوردگی نیز، نمونه پره پوشش داده شده در محلول خورنده شبیه¬سازی شده از شرایط کاری پره، قرار داده شد و مطالعات متنوعی روی سطح نمونه خورده شده صورت گرفت. در پایان پس از انجام آزمایشات نتایج از این قرار است، که با عمل پوشش دهی هم در آزمایش سایش و هم در آزمایش خوردگی بهبود حاصل شد. در آزمایش سایش آسیب‎هایی که در سرعت‎ها و زوایای مختلف در قطعه بدون پوشش ایجاد شده در قطعات پوشش داده شده کمتر دیده شده و از دست دادن جرم از سطح ماده در حالت با پوشش نسبت به حالت بدون پوشش بسیار کاهش یافته است. همچنین در خوردگی نیز با اینکه قطعه پوشش داده شده مدت زمان بیشتری در محلول خورنده قرار گرفته است هیچ‎گونه خوردگی برروی آن رخ نداده است. مقایسه ای میان دو پوشش با استفاده از تست شیب تافل نیز انجام شد تا مقادیری برای چگالی جریان خوردگی و نرخ خوردگی بدست آید. واژگان کلیدی: پره کمپرسور، پوشش، سایش، خوردگی

در طول دوره کاری بخش کمپرسور توربین های گازی، پره های کمپرسور دچار سایندگی و خوردگی شدید ناشی از ماسه، نمک، اسیدها و گرد و غبارهای موجود در جریان هوا می شوند، که در نتیجه آن سطح پره دچار سایش و خوردگی حفره ای می شود. این عوامل به نوبه خود موجب کاهش خصوصیات خستگی و آیرو دینامیکی مواد پره می شود. برای حل این مشکل از پوشش های مقاوم به خوردگی و سایش بر روی پره ها استفاده می شود که مجموعه ای از خواص کارکردی مورد نیاز سیستم پوشش- بستر و پایداری در طول شرایط کاری را فراهم می کند. در سال های اخیر استفاده از پوشش های چندلایه به جای پوشش های تک لایه کاربرد فراوانی در صنعت پیدا کرده اند. اما استفاده از لایه های نازک معمولا با واماندگی ناشی از شکست ترد همراه است. مفروض است که چقرمگی شکست و الگوهای ترک به مقاومت سایشی مرتبط هستند و پارامترهای حاکم بر این الگوها می تواند برای بهینه سازی لایه استفاده شود. بنابراین دانستن خواص مکانیکی از جمله مدول یانگ e، سختی h و چقرمگی شکست kc دارای اهمیت زیادی است. در پژوهش حاضر به بررسی خواص مکانیکی پوشش سخت سرامیکی چندلایه tin/ticn/tialn رسوب داده شده با روش pvd بر روی بستری از جنس فولاد gtd450 (که در ساخت پره های کمپرسور استفاده می شود) پرداخته شد. مقدار سختی و مدول الاستیسیته پوشش با آزمایش نانوفروروندگی و با روش اولیور فار از آنالیز داده های آزمایش محاسبه شد.. مقادیر بدست آمده برای سختی و مدول الاستیک در نزدیکی خوبی با کارهای محققان دیگر بود. هم چنین مشاهده شد که سختی و مدول الاستیک بستر پوشش زده شده نسبت به بستر بدون پوشش افزایش یافته-است و موجب بهبود خواص بستر شده است. برای بررسی بیشتر نتایج و توزیع تنش در نمونه، آنالیز عددی آزمایش نانوفروروندگی انجام شد. با داده های بدست آمده از آنالیز و محاسبه مقادیر سختی و مدول الاستیک عددی، مشاهده شد این مقادیر اختلاف اندکی با داده های تجربی دارند و قابل اعتماد بودن آنالیز را نشان داد. با بررسی کانتورهای تنش در مدل، مناطق حساس به ترک خوردگی و جدایش پوشش مورد ارزیابی قرار گرفت.

در طول دوره کاری بخش کمپرسور توربین های گازی، پره¬های کمپرسور دچار ساییدگی و خوردگی شدید ناشی از ماسه، نمک، اسیدها و گرد و غبارهای موجود در جریان هوا می شوند، که در نتیجه آن سطح پره دچار سایش و خوردگی حفره ای می شود. این عوامل به نوبه خود موجب کاهش خصوصیات خستگی و آیرو دینامیکی پره می شود. برای حل این مشکل از پوشش های مقاوم به خوردگی و سایش بر روی پره ها استفاده می شود که مجموعه ای از خواص کارکردی مورد نیاز سیستم پوشش- بستر و پایداری در طول شرایط کاری را فراهم می کند. تنش پسماند در پوشش¬ها مسأله مهمی است که بر کــارایی پوشش تأثیر بسزایی دارد. فرایند پوشش دهی به روش رسوب فیزیکی بخار به علت آنکه در دمای نسبتا بالا انجام می شود دارای تنش های پسماند بالایی می باشد. تنش های پسماند، بخصوص در ضخامت های زیاد پوشش، می تواند باعث اعوجاج بیش از حد قطعه و بروز مشکلات جدی در تولید قطعه شود. از این رو، شناخت درستی از نحوه بوجود آمدن تنش پسماند و ارتباط آن با متغیرهای ماده و فرایند بویژه در جهت کنترل اعوجاج، اهمیت می یابد. در این پایان نامه به اندازه گیری تنش پسماند با روش پراش اشعه ایکس در دو نمونه دارای پوشش tin/ticn/tialn و tin/ticn/tin پرداخته و این دو نمونه به کمک نرم افزار abaqus و با روش تولد و مرگ المان مدل سازی شده اند.

در طول دوره کاری کمپرسور توربین های گازی، پره های کمپرسور دچار سایش و خوردگی شدید ناشی از ماسه، نمک، اسیدها و گرد و غبارهای موجود در جریان هوا می شوند، که در نتیجه آن سطح پره دچار سایش و خوردگی حفره ای می شود. این عوامل به نوبه خود، موجب کاهش خصوصیات خستگی و آیرو دینامیکی مواد پره می شود. برای حل این مشکل از پوشش های مقاوم به خوردگی و سایش بر روی پره ها استفاده می شود که مجموعه ای از خواص کارکردی مورد نیاز سیستم پوشش- بستر و پایداری در طول شرایط کاری را فراهم می-کند. در سال های اخیر استفاده از پوشش های چندلایه به جای پوشش های تک لایه کاربرد فراوانی در صنعت پیدا کرده اند. اما استفاده از لایه های نازک معمولا با واماندگی ناشی از شکست ترد همراه است. در پژوهش حاضر به بررسی رشد ترک خستگی در پوشش سخت سرامیکی چندلایه tin/ticn/tialn رسوب داده شده با روش پی وی دی بر روی بستری از جنس فولاد gtd450 (که در ساخت پره های کمپرسور استفاده می شود) پرداخته شد. مشاهدات مستقیم سینتیک رشد ترک در پوشش ها نشان می دهد که طی بارگذاری دوره ای، عیوب موجود در پوشش از قبیل حفره ها ، ناچ ها و مشابه آن باعث تشکیل میکرو ترک ها می شوند که محلی برای شروع ترک های خستگی می باشد که در برخی موارد، این ترک می تواند به سمت فلز پایه هدایت بشود. آنالیز عددی در پره تحت بارهای وارده، با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس صورت گرفت و سپس مقادیر تنش در نقاط مختلف و سپس محل آغاز ترک های خستگی مشخص گردید و با استفاده از مدل ریز تهیه شده از پره، شبیه سازی رشد ترک خستگی در پره معمولی و پوشش داده شده با استفاده از کد مکانیک شکست زینکرک انجام شد و مقادیر پارامترهای مختلف بر حسب طول ترک بدست آمد که این مقادیر، همگرایی خوبی با نتایج تحلیلی دارد.