تاثیر هندسه تماس بر دامنه لغزش و فشار تماسی در خستگی سایشی ریشه پره توربین

پره های توربین به علت کارکرد در شرایط بحرانی در معرض تنش های مکانیکی و حرارتی بوده و دچار آسیب های مختلفی از قبیل خستگی و سایش می شوند که منجر به کاهش عمر پره ها از طریق تسریع روند جوانه زنی و رشد ترک خواهد شد. در این مقاله با استفاده از مدل المان محدود دوبعدی، اثر سه پارامتر هندسی طول ناحیه تماس، زاویه ناحیه تماس و ضریب اصطکاک بر دامنه لغزشی و فشار تماسی در ریشه پره توربین مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج تحلیل با خرابی های مشاهده شده روی پره توربین با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، انطباق آسیب های پیش بینی شده با آسیب های به وقوع پیوسته را نشان می دهد. نتایج حاصل از تحلیل پره نشان می دهد که با حرکت از لبه بالایی تماس به سمت لبه پایینی، مقدار فشار تماسی به تدریج افزایش می یابد و ماکزیمم فشار تماسی در نزدیکی لبه پایینی تماس اتفاق می افتد. براساس نتایج به دست آمده، در هر مرحله افزایش ضریب اصطکاک، افزایش زاویه تماس و افزایش طول ناحیه تماس، مقادیر دامنه لغزش به ترتیب در حدود 26%، 19% و 10% و فشار تماسی به ترتیب در حدود 35%، 15% و 5% کاهش پیدا می کند. همچنین افزایش زاویه ناحیه تماس و ضریب اصطکاک به ترتیب محدوده جدایش در لبه های تماس بالایی در دو سمت نمونه را افزایش می دهد. این درحالی است که افزایش طول ناحیه تماس تغییر قابل توجه ای در محدوده ناحیه جدایش در نزدیکی لبه بالایی تماس نمونه ایجاد نمی کند.

Effect of Contact Geometry on the Slip Amplitude and Contact Pressure in Fretting Fatigue of a Turbine Blade Root

Turbine blades are exposed to mechanical and thermal stresses due to their operation in critical conditions that lead to various damages such as fatigue and wear. These factors reduce the blades life cycle by accelerating the cracking process. In this paper, the effects of three geometric parameters including the contact length, the contact angle, and the surface friction coefficient on relative slip amplitude and contact pressure values in the turbine blade root were investigated using a twodimensional finite element model. Comparing the results of the analysis with the actual blade damages by use of scanning electron microscopy shows acceptable consistency between predicted damage site and the actual blade damages. The results of the blade analysis indicate that by moving from the top of the contact edge to the bottom, the contact pressure increases gradually and its maximum occurs near the lower edge of the contact. According to the results, the prescribed increments in the coefficient of friction, the contact angle, and the length of contact, respectively decrease the slip amplitude by 26%, 19%, and 10% and also decrease the contact pressures by 35%, 15%, and 5%. In addition, increasing contact angle and coefficient of friction increase the opening region length at the upper edge on both sides of the blade root. While increasing the contact length has no considerable effect on the length of this region.