It is important to know the lifespan of a component, thus services can be planed. At Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT AB) develop and produce gas and steam turbines, the turbines are heavily strained by thermal and centrifugal forces during their life span which lead to cracking. Today there is no good crack propagation method for materials with large amount of plastic deformation and creep. At SIT a new method, ΔKBDCPP, has been developed that takes these phenomenon in consideration. It is assumed that the whole model has plastic material properties except circular elements at the crack front which have elastic properties. The new method is reviewed by doing simulations on a a specimen model in Franc3D together with the FE program Abaqus. There have been conducted thermo-mechanical fatigue (TMF) tests and 2D simulations on specimen to measure the crack propagation. The TMF tests where immitaded in new simulations with the method ΔKBDCPP. Forces, creep times, cycles and material data where emulated in the model and then simulated. The number of cycles per crack length for the isothermal simulations became higher then for the TMF tests. This is a expected result because the conditions are optimal during simulations, which they may not be during experimental test. The result of ΔKBDCPP are closer to the TMF test results then the 2D simulated ΔKeffective, another crack propagation calculation method. Additionally, out-of-phase (OP) simulations where carried out, in OP the maximum temperature and maximum stress do not coincide. When the temperature is at max the component is held in the minimum stress. For OP simulations the results became irregular, for one of the simulations the number of cycles per crack length became lower for the simulated specimen than for the TMF test, and contrariwise for the other OP simulation. However, it was concluded that the later was correct because the majority of the simulations, and all the isothermal simulations, gave this result. it also was the result for the isothermal simulations. One OP simulation was compared to a 2D simulation and here the method of ΔKBDCPP was also more accurate to the TMF tests. The method of ΔKBDCPP seem to function well however, the solving time for models with creep is long. A model with a small crack and creep is time consuming to simulate, which is a disadvantages. / Det är viktigt att veta livslängden på en komponent, då kan det planeras för en service. På Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT AB) utvecklas och produceras det gas- och ångturbiner, turbiner utsätts för höga temperaturer och krafter under dess livstid vilket resulterar i sprickor. Idag finns det inte en bra sprickpropageringsteori för material i ett stort plasticerat tillstånd och kryp, SIT har därför tagit fram en ny metod som ska ta hänsyn till dessa parametrar. I den nya beräkningsmetoden, ΔKBDCPP, antas det att hela modellen har en plastisk materialmodell förutom ett antal ringelement vid sprickspetsen som antas ha en elastisk materialmodell. Den nya metoden undersöks genom att provstavsmodell simuleras i programmet Franc3D tillsammans med Abaqus. Det har tidigare gjorts termodynamiska utmattningsprov (TMF), samt simuleringar i 2D, på provstavar för att mäta sprickpropageringen. Därför imiterades dessa TMF prov i nya simuleringar med metoden för ΔKBDCPP. Krafter, hålltider, cykler och materialdata efterliknades i modellen och sedan kördes simuleringarna. För de isoterma körningarna blev resultatet att antalet cykler per spricklängd är högre för simulerade värden än för TMF prover, vilket var väntat. Vid simulationer är det optimala förhållanden utan avvikelser, vilket kan finnas vid experimentella tester. De simulerade värdena för ΔKBDCPP stämmer bättre överens med TMF proverna än de 2D simulerade resultaten för ΔKeffective, en annan beräkningsmodell för sprickpropagering. Även out-of-phase (OP) simuleringar genomfördes, vid OP sker inte temperatur max och spännings max samtidigt. När det är max temperatur hålls komponenten i den minimala spänningen. För OP simuleringarna blev resultatet annorlunda, ena körningen blev antalet cykler per spricklängd lägre för de simulerade värden än för TMF prover och i den andra blev det tvärt om. Dock drogs slutsatsen att den senare stämde då majoriteten av körningarna, och alla isoterma körningar, gav det resultatet. En OP körning jämfördes med en 2D körning och även där var metoden för ΔKBDCPP närmare TMF provsresultatet. ΔKBDCPP metoden verkar fungera bra, dock är simuleringstiden för att lösa körningar med kryp väldigt lång. En modell med en liten spricka och kryp är mycket tidskrävande att lösa, vilket är en nackdel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-71108 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Baer, Máren Ingá |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Material- och solidmekanik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Thesis: Master of Science in Mechanichal Engineering, |
Page generated in 0.0031 seconds