بررسی اثر تنش های پسماند فشاری بر بسته شدن ترک و افزایش عمر دیسک کمپرسور موتور توربوجت

دیسک کمپرسور موتور توربوجت یکی از قطعات حساس صنایع هوایی بوده که افزایش عمر آن می تواند برای صنایع هوایی کشور مفید باشد. یکی از روش های افزایش عمر خستگی و امنیت قطعات سازه های هوایی، اعمال تنش های پسماند فشاری است. هدف این پژوهش ارائه و ارزیابی مدلی است، که در آن اثر تنش پسماند فشاری بر افزایش عمر خستگی قطعات حساس هوایی در نظر گرفته شود. مروری بر مدل های پیشین ارائه شده در زمینه تنش های پسماند فشاری نشان داد، روش ضریب شدت تنش موثر و مفهوم بسته شدن ترک کاراترین مدل در این حیطه است. بررسی پارامترهای موثر در مدل اجزاء محدود بسته شدن ترک، نظیر معیار بازشدن ترک، اندازه المان، مدل رفتار ماده و سیکل های خستگی حاکی از تاثیر زیاد آنها بر پیش بینی رشد ترک به روش ضریب شدت تنش موثر است. تغییر این پارامترها می تواند تا 20 درصد بر پیش بینی عمر خستگی تاثیر گذار باشد. برای تعیین اثر اضافه بار بر رشد ترک خستگی الگوریتمی براساس مفهوم بسته شدن ترک ارائه گردید. مراحل مختلف مدل سازی و شبیه سازی این پروسه توسط کدنویسی پایتون به صورت خودکار انجام می شود. این مدل برای تعیین اثر تنش پسماند فشاری بر عمر خستگی قطعه نمونه با سوراخ مرکزی بکار گرفته شد که مقایسه نتایج آن با آزمایش های مرتبط، خطای 12 درصدی این روش را نشان داد. با اضافه کردن یک پارامتر به روابط رشد ترک، حساسیت عمر خستگی به تغییرات پارامترهای شبیه سازی اجزاء محدود بررسی شد و خطای نتایج به 5 درصد کاهش یافت. در ادامه برای اولین بار مدل تغییر شکل ترک صفحه ای بر اساس مقادیر ضریب شدت تنش موثر ارائه شد. در این روش مقدار رشد ترک براساس نرخ رشد ترک موثر در هر گره محاسبه شده و رشد ترک با استفاده از تکنیک مش بندی مجدد و با تلفیق نرم افزارهای آباکوس و متلب به صورت خودکارانجام می شود. خطای نتایج پیش بینی عمر خستگی به این روش قبل از راه به در شدن ترک 10 درصد و در مجموع 20 درصد بوده است. در ادامه، تحلیل تنش دیسک کمپرسور نشان داد ناحیه بحرانی ترک سوراخ های نگهدارنده ردیف اول با بیشنه تنش فون-میسز mpa329 بوده که ترک مود i در راستای شعاع دیسک در این ناحیه رشد می کند. استفاده از مدل بسته شدن ترک و روش تحمل آسیب، نشان داد افزایش طول اولیه ترک از mm5/0 به mm1/3 کاهش 20 درصدی عمر دیسک را در پی دارد. همچنین در طول ترک سطحی مساوی، فرض ترک اولیه گوشه ای دایروی پیش بینی عمر را 75 درصد افزایش می دهد. اعمال تنش پسماند فشاری نشان داد عمر خستگی دیسک 40 درصد برای طول ترک اولیه mm1 و 101 درصد برای طول ترک اولیه mm0/5 افزایش می یابد.