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장병욱(Byungwook Jang),강석철(Sukchul Kang),김경희(Kyungheui Kim),박정선(Jungsun Park) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.5
The fatigue fracture which occurs under repeated loads is a major concern in mechanical component design. Recently, fatigue life evaluation is getting important to guarantee reliability and safety of a product. In the fatigue analysis and design, uncertainties are caused by the variances of geometry data and applied loads, and the scatter of material properties. It makes the deterministic methods less useful. In this reason, reliability analysis concept should be incorporated to ensure fatigue safety in more sophisticated way. In this paper, fatigue crack growth life of turbine wheel which exposed to severe environments subject to high temperature and centrifugal forces is evaluated by fracture mechanics. Also the reliability analysis is accessed by the fist order second moment method and Monte Carlo simulation.
장병욱(Byungwook Jang),박정선(Jungsun Park),김현재(Hyunjae Kim),전승배(Seungbae Chen) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5
가스터빈엔진에서 고열부의 수명은 안전성 평가와 신뢰성 분석을 위하여 설계 시부터 면밀히 평가되어야한다. 수명평가 과정에서는 구조 형상의 불확실성, 작용하중의 변동성, 재료물성의 분포 등으로 인해 계산된 수명 또한 불확실하게 되며, 불확실 인자들에 대한 수명의 강건성을 확보하기 위하여 신뢰성 평가가 요구된다. 본 논문에서는 고온, 고회전하는 가스터빈엔진 터빈의 피로균열 성장수명을 선형탄성파괴역학(LEFM)을 적용하여 계산하였으며, 1차 신뢰도법(FORM)과 몬테카를로 시뮬레이션기법을 사용하여 계산된 수명의 신뢰도를 평가하였다. In the fatigue analysis and the components design, uncertainties are caused by the variances of geometry data and applied loads, and the scatter of material properties. In this paper, fatigue crack growth life of turbine is evaluated by fracture mechanics and the reliability analysis is accessed by the fist order second moment method and Monte Carlo simulation.
이무형(Muhyoung Lee),장병욱(Byungwook Jang),정은환(Eunhwan Jeong),전성민(Seongmin Jeon),이수용(Sooyong Lee),박정선(Jungsun Park) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.5
In general, many components are able to be operated under severe thermal conditions. The turbopump turbine is operated under these environments like high temperature and high centrifugal force due to high rotating velocity during operating time. Because these conditions may often cause low-cycle fatigue problem, strain life method is applied to predict low-cycle fatigue life of turbopump turbine. In this paper, strain life method is used to analyze low-cycle fatigue. First of all, to obtain strain history, thermal stress analysis is practised by ABAQUS/CAE. Considering elasticity and plasticity strain's effect, Coffin-Manson's equation is used. S.W.T's method is used to consider the mean stress effect. Low-cycle fatigue analysis is done for turbopump turbine which may have FCL(fracture critical location). MSC.Fatigue is used to analyze low-cycle fatigue life of turbopump turbine.
이무형(Muhyoung Lee),장병욱(Byungwook Jang),권정식(Jeongsik Kwon),김진한(Jinhan Kim),정은환(Eunhwan Jeong),전성민(Seongmin Jeon),이수용(Sooyong Lee),박정선(Jungsun Park) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11
극심한 작동환경에 노출되는 부품은 일반적으로 수명이 줄어들게 된다. 액체로켓의 터보펌프는 높은 회전속도로 인한 높은 원심력과 높은 온도와 같은 환경에서 작동한다. 이와 같은 환경에서 작동하는 터보펌프는 극심한 피로와 크리프의 영향으로 재료의 내구성이 떨어지게 된다. 75톤급 터보펌프 터빈의 내구성을 확보하기 위하여 피로와 크리프의 영향을 고려한 손상률을 계산하였다. 터보펌프 피로해석에는 ABAQUS/CAE와 MSC.Fatigue를 사용하여 해석을 수행하였으며, 크리프 해석을 수행하기 위해서 Larson-Miller parameter 곡선과 로빈슨 법칙을 사용하였다. 본 연구에서는 터보펌프의 터빈에 대한 내구성을 확보하기 위하여 피로의 영향과 크리프의 영향을 비교, 분석하였다. The life of a component decreases when it was exposed at the extreme condition. A turbine blade of a turbopump used for a liquid rocket engine is operated under the environment of high temperature and pressure, and experienced high centrifugal force. Thus the durability of the turbopump operated under the these conditions become lower than expected because of the severe fatigue and creep influence. The damage of the turbine being considered the fatigue and the creep influence is estimated to ensure the durability of turbopump turbine. ABAQUS/CAE and MSC.Fatigue are used for the fatigue analysis, and Larson-Miller parameter and robinson"s rule are used for the creep analysis. In this paper, comparison and analysis of the fatigue and the creep influence were performed to ensure the life expectancy of turbopump turbine.
이무형(Muhyoung Lee),장병욱(Byungwook Jang),정은환(Eunhwan Jeong),전성민(Seongmin Jeon),이수용(Sooyong Lee),박정선(Jungsun Park) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5
높은 열하중하에 있는 부품의 수명은 일반적으로 다른 부품에 비해 짧은 수명을 가지고 있다. 액체 로켓의 터보펌프 터빈은 작동시간 동안 높은 회전속도로 인한 높은 원심력과 높은 온도와 같은 환경하에서 작동된다. 이와 같은 환경은 터보펌프 터빈의 저주기 피로를 야기한다. 우선 열응력을 해석하기 위해 ABAQUS/CAE가 사용되었으며 탄성변형률과 소성변형률을 고려하기 위해 Coffin-Manson 방정식을 사용하였다. 평균응력의 변화를 고려하기 위해 S.W.T법을 사용하였으며, 열응력해석 결과로 얻어진 변형률 이력을 이용하여 터보펌프 터빈의 취약지점에 저주기피로해석을 수행하였다. 본 연구에서는 저주기 수명을 해석하기 위해 변형룰 수명 방법이 적용되었다. The life of components under high thermal load is typically shorter than other components. The turbopump turbine of liquid rocket is operated under these environments like high temperature and high centrifugal dorce due to high rotating velocity during operating time. These conditions may often cause low-cycle fatigue problem in the turbopump turbine. First of all, to analyze heat stress, ABAQUS/CAE is used and Coffin-manson"s equation is used to consider elasticity and plasticity strain. S.W.T"s method is used to consider the mean stress effect, using strain history, low-cycle fatigue analysis is done for turbopump turbine which may have FCL(fracture critical location). In this paper, strain life method is applied to analyze low-cycle fatigue.