نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مکانیک، اصفهان، ایران

2 مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

10.61186/masm.2024.2025410.1103

چکیده

دیسک دوار در توربین آزاد موتور توربوشفت یکی از اجزای بحرانی موتور است که تحت بارهای مکانیکی و حرارتی مختلف قرار دارد. در این تحقیق، تحلیل ترموالاستیک بر روی یک دیسک دوار با ضخامت متغیر و از مواد مدرج عملکردی با استفاده از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته انجام شده است. ابتدا با گسترش معادله دیفرانسیل جابجایی و سپس با اعمال کرنش حرارتی ناشی از گرادیان حرارتی، روابط تنش-کرنش شعاعی و محیطی در حالت الاستیک و از ترکیب این معادلات روابط تنش بر حسب کرنش به دست می‌آیند. در نهایت با جایگذاری روابط کرنش-جابه‌جایی در معادلات تنش-کرنش و جایگذاری معادله حاصله در رابطه تعادل دیسک، معادله ترمو الاستیک این دیسک بدست می آید. این معادله کلی تعادل مربوط به یک دیسک با ضخامت و خواص متغیر است که تحت بار حرارتی متقارن و گریز از مرکز قرار دارد. تغییرات در ضخامت، دما و خواص دیسک به عنوان تابعی از شعاع بررسی شده و نتایج مقایسه شده است. در این مطالعه اعتبارسنجی با روش تئوری مواد متغیر انجام شده و در انتها، تنش و کرنش و جا به جایی درحالت خواص وابسته به دما، بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند بیشترین خطا 5 درصد است و این روش می‌تواند در تحلیل دیسک‌های دوار تحت بارگذاری مکانیکی و حرارتی در موتورهای توربین موثر باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Thermoelastic Analysis of the FGM Rotating Disk Structure in the Free Turbine of the Turboshaft Engine Using the Differential Quadratic Method

نویسندگان [English]

  • Behrooz Shahriari 1
  • Mahdi Sharifi 2
  • Abdollah Gudarzi 2

1 Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran

2 Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran.

چکیده [English]

he engine, which is under to various mechanical and thermal loads. In this study, thermoelastic analysis has been performed on a rotating disk with variable thickness and made of functionally graded materials using the generalized quadratic differential method. First, by expanding the displacement differential equation and then by applying the thermal strain caused by the thermal gradient, the radial and circumferential stress-strain relations in the elastic state and from the combination of these equations, the stress relations in terms of strain are obtained. Finally, by placing the strain-displacement relationships in the stress-strain equations and placing the resulting equation in the disk equilibrium relationship, the thermo-elastic equation of this disk is obtained. This general equilibrium equation is related to a disk with variable thickness and properties that is under symmetrical thermal loading and centrifugal. Changes in the thickness, temperature and properties of the disc as a function of the radius have been investigated and the results have been compared. In this study, the validation was done with the variable material theory method and at the end, the stress, strain and displacement in the state of temperature-dependent properties was checked. The results show that the maximum error is 5% and this method can be effective in the analysis of rotating disks under mechanical and thermal loading in turbine engines.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turboshaft engine
  • Free turbine
  • FGM rotating disk
  • Thermoelastic analysis
  • Differential quadratic method