High cycle fatigue life assessment of gas turbine engine annular combustor

Abstract

Gaz türbinli havacılık motorlarının tasarım süreçlerinde ve ömür yönetiminde en kritik hata modlarının yaşanma sebeplerinden biri de titreşimdir. Titreşim, parçalarda yüksek çevrimli yorulmaya neden olarak parça kaybına, motor kaybına ve en önemlisi can kaybına sebep olabilir. Motorun servis ömrü boyunca maruz kalacağı titreşimin parçalara olan etkisinin değerlendirilmesi ve güvenli hale getirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamda, bu çalışmada gaz türbinli motor bileşenlerinden biri olan Flame Tube (Yanma Odası) parçası ele alınmıştır. Tasarım doğası gereği diğer parçalara göre daha serbest olan bu parça, titreşimden yoğun bir şekilde etkilenmektedir. Yüksek çevrimli yorulma metotları incelenerek Goodman metotu seçilmiş ve parçanın kritik lokasyonlarındaki titreşim sebepli en yüksek streslere sahip bölgelerin ömür değerlendirmesi yapılmıştır. Bu çalışma, Flame Tube parçasının yüksek çevrimli yorulma ömrü değerlendirmesi sürecini detaylı bir şekilde incelemekte ve bu metodun motor içerisindeki diğer parçalar için de uygulanabilirliğine işaret etmektedir. Hesaplamalar için gerekli malzeme verileri oluşturulmuş ve bu veriler kullanılarak ömür değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar analizi kullanılarak oluşturulan parça modelinin serbest koşuldaki titreşim karakteristiği, gerçek deneysel parçanın çekiç testi sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Bu çalışma ile elde edilen sonuçlar çeşitli açılardan değerlendirilmiş ve metodun geliştirilebilmesi için gelecekte yapılacak çalışmalar belirlenmiştir.Vibration is one of the reasons for the most critical failure modes in the design processes and life management of gas turbine aviation engines. Vibration causes high cycle fatigue in parts, which can lead to part loss, engine loss, and most importantly, loss of life. It is of great importance to evaluate the effect of vibration on the parts that the engine will be exposed to throughout its service life and to make it safe. In this context, the Flame Tube part, one of the gas turbine engine components, is studied. This part, which is freer than other parts due to its design nature, is heavily affected by vibration. By examining high cycle fatigue methods, the Goodman method was chosen and the life of the areas with the highest stresses due to vibration in critical locations of the part was evaluated. This study examines the high cycle fatigue life evaluation process of the Flame Tube part in detail and points out the applicability of this method to other parts within the engine. The required material data for the calculations were obtained from tests and life evaluation was carried out using these data. The free condition vibration characteristics of the part model created using finite element analysis were verified by comparing it with the hammer test results of the real experimental part. The results obtained from this study were evaluated from various aspects and future studies were explored to improve the method.