مکانیک ساختارهای هوشمند

مکانیک ساختارهای هوشمند

ارزیابی حساسیت فرکانس‌های طبیعی پره‌ توربین گاز به رشد ترک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده نفت آبادان، دانشگاه صنعت نفت، ایران
2 گروه مپنا، تهران، ایران
10.30511/jmms.2026.2084821.1040
چکیده
پایش سلامت پره‌های توربین گاز به دلیل شرایط عملیاتی شدید و پیامدهای خرابی فاجعه‌بار، از اهمیت حیاتی برخوردار است. این مقاله با هدف توسعه یک شاخص تشخیصی غیرمخرب بر پایه ارتعاش، به بررسی تأثیر رشد ترک در ناحیه ریشه پره بر فرکانس‌های طبیعی آن می‌پردازد. با استفاده از روش اجزای محدود در نرم‌افزار المان محدود، یک مدل سه‌بعدی ساده سازی شده از پره توربین گاز با شرایط کاری توربین زیمنس V94.2 تحت بارگذاری ترکیبی حرارتی-مکانیکی واقع‌گرایانه ایجاد شد. تحلیل تنش در حالت بدون ترک، ناحیه اتصال ریشه به بدنه پره را به عنوان مستعدترین منطقه برای آغاز ترک شناسایی کرد. در مرحله بعد، تحلیل مودال پارامتریک برای عمق‌های مختلف یک ترک لبه‌ای از ۰٫۵ تا ۴٫۵ میلی‌متر انجام شد. نتایج یک آستانه بحرانی در عمق تقریبی ۲ میلی‌متر را آشکار ساخت، به‌طوری که کاهش فرکانس‌های طبیعی پیش از این نقطه خطی و ملایم، و پس از آن غیرخطی و شدید است. همچنین، حساسیت مودهای ارتعاشی متفاوت بود؛ به‌طوری که مود دوم با 25% کاهش، بیشترین درصد کاهش فرکانس، حساسترین شاخص برای ردیابی رشد آسیب شناخته شد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که رصد تغییرات فرکانس‌های طبیعی، به‌ویژه در مودهای حساس، می‌تواند به عنوان یک ابزار کارآمد در استراتژی نگهداری پیش‌بینانه برای تشخیص زودهنگام ترک و جلوگیری از شکست ناگهانی پره به کار رود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The natural frequencies sensitivity evaluation of gas turbine blades to crack growth

نویسندگان English

Seyed Mohammad Hossein Sharifi 1
Mohammad Fuad Salamizadeh 1
Alireza Vardi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Abadan Faculty, Petroleum University of Technology, Iran
2 MAPNA Groupe, Tehran, Iran
چکیده English

Gas turbine blade health monitoring is of critical importance due to the severe operating conditions and catastrophic failure consequences. This paper aims to develop a non-destructive vibration-based diagnostic index to investigate the effect of root crack growth on its natural frequencies. Using the finite element method in finite element software, a simplified 3D model of a gas turbine blade with Siemens V94.2 turbine operating conditions under realistic combined thermal-mechanical loading is created. Stress analysis in the uncracked state identified the blade-body connection area as the most susceptible area for crack initiation. In the next step, a programmatic modal analysis was performed for different depths of an edge crack from 0.5 to 4.5 mm. The results constructed a critical crisis at a depth of approximately 2 mm, such that the natural frequencies are mild before this point, and nonlinear and severe after it. Also, the vibration stories were different; Thus, the second mode with 25% reduction, the highest percentage of frequency reduction, was found to be the sensitive index for tracking the most advanced damage. These findings indicate that monitoring the change in natural frequencies, can be used as an efficient tool in predictions for crack detection and failure.

کلیدواژه‌ها English

Crack Growth
Modal Analysis
Finite Element Method
Health Monitoring
Turbine Blade