تحليل تنش ديسك توربين موتور توربين گاز دريايي تحت بارگذاري حرارتي با استفاده از روش هموتوپي

Stress Analysis of Marine Gas Turbine Engine Turbine Disk Subjected to Thermal Load Using Homotopy Method

ديسك دوار در موتور توربين‌گاز دريايي يكي از اجزاي بحراني است كه تحت بارهاي مكانيكي و حرارتي مختلف قرار دارد. در اين تحقيق روش هموتوپي1 جهت تحليل تنش اين ديسك دوار ارايه مي‌شود. اعمال بارگذاري حرارتي در ديسكي با توزيع ضخامت نمايي با استفاده از روش هموتوپي و لحاظ نمودن تغييرات خواص فيزيكي و مكانيكي با دما، مهم‌ترين جنبه‌هاي‌ نوآوري تحقيق را تشكيل مي‌دهند. تغييرات ضخامت ديسك به صورت نمايي و دو ريم داخلي و خارجي ديسك به صورت ضخامت ثابت در نظر گرفته مي‌شوند. پارامترهاي مهم و تاثيرگذار در روش هموتوپي انتخاب و به كار گرفته شده‌اند. سپس به مقايسه نتايج و اعتبارسنجي با روش كد المان محدود پرداخته شده است. در نهايت توزيع تنش در ديسك‌هايي با توزيع ضخامت ثابت، نمايي و هايپربوليك در نظر گرفته شده و به مقايسه، بحث و نتيجه‌گيري پرداخته شده است. نتايج حاكي از كارايي روش با دقت قابل قبول جهت تحليل ديسك‌هاي دوار تحت بارگذاري مكانيكي و حرارتي در موتور توربين گاز است.

A marine gas turbine rotating disk is one of the most critical components which operates under nonstationary varying mechanical and thermal loads. In this research, the homotopy method is used for stress analysis of rotating disk subjected to thermal load. Apply the thermal loading on the disk with exponential thickness distribution by using the homotopy method and Considering the physical and mechanical properties variations with temperature, are the most important aspects of innovation in this paper. Disc thickness variations are considered exponential and the inner and outer rims of disk are considered constant thickness. Due to the use of homotopy analysis method, important and effective parameters in this method are selected and presented. Furthermore, results are compared and validated with finite element code and good agreement of results with this method is showed. Finally, stress distribution in disks with constant, exponential and hyperbolic thickness distribution are considered and compared. The results showed the efficiency and acceptable accuracy of the method for analysis of rotating disk subjected to thermal and mechanical loading.