Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Impact of Manufacturing Tolerances on Stress in a Turbine Blade Fir-Tree Root

100%

Moneta G. , Jachimowicz J.

Fatigue of Aircraft Structures

|

2020

|

tom Iss. 12

92--101

EN

Low Cycle Fatigue (LCF) is one of most common mechanisms behind turbine blade failures. The reason is high stress concentration in notch areas, like fir-tree root groves, which can cause cyclic stress beyond the safe threshold. The stress levels strictly depend on the manufacturing accuracy of the fir-tree lock (for both fitted together: blade root and disk groove). The probabilistic study aimed at determination of stress was performed using Finite Element Method (FEM) simulation on a population of 1000 turbine models (disk + blades +friction dampers), where fir-tree lock dimensions were sampled according to the normal distribution, within limits specified in the documentation. The studies were performed for different manufacturing quality levels: 3-Sigma, 6-Sigma and 3-Sigma with tolerance ranges reduced twice. Based on the results, the probabilistic distributions, probabilities and expected ranges of values could be determined for: material plastification, stress, strain, LCF lifetime, etc. The study has shown how each tooth of the root is loaded and how wide a stress range should be expected in each groove. That gives information on how the definition of tolerances should be modified to make the construction more optimal, more robust, with lower likelihood of damage, taking into account the cost-quality balance. It also shows how the Six Sigma philosophy can improve the safety of the construction, its repeatability and predictability. Additionally, the presented numerical study is a few orders of magnitude more cost- and time-effective than experiment.

2

Mass optimisation of turbofan engine casing madeof sandwich structure

80%

Szymczyk E. , Jachimowicz J. , Puchała K. , Szymczyk W.

Computer Assisted Methods in Engineering and Science

|

2018

|

tom Vol. 25, no. 2-3

81--88

EN

Materials of a high specific strength and stiffness are used in the aerospace industry to obtain the lowestpossible aircraft mass. The object of analysis is the casing of the F124 turbofan engine. The axiallycompressed cylindrical part of this casing is considered. The aim of the paper is to analyse possiblebenefits of replacing the original ribbed metal casing with a sandwich structure. The sandwich structure(metal-fibre laminate) of titanium alloy faces and a flax fibre laminate core is proposed. Semi-analyticaloptimisation of a sandwich structure was performed including a polynomial approximation of the criticalload with correction obtained based on numerical analysis. The best mass efficiency was obtained fora core to faces thickness ratio equal to about 4.

3

Modelowanie laminatów w praktyce inżynierskiej

80%

Puchała K. , Szymczyk E. , Jachimowicz J.

Przegląd Mechaniczny

|

2019

|

tom nr 3

29--34

PL

Ze w zględu na korzystne właściwości mechaniczne kompozytów (w szczególności laminatów) i możliwość kształtowania ich struktury (dostosowania do obciążeń eksploatacyjnych) są one stosowane na struktury nośne w przemyśle lotniczym, obronnym, motoryzacyjnym, energetyce wiatrowej i innych. W artykule przeprowadzono przegląd literatury w zakresie mechaniki laminatów i ich modelowania oraz przedstawiono klasyfikację materiałów w zależności od stopnia uporządkowania ich struktury. Omówiono sposoby wyznaczania sztywności i wytrzymałości panelu laminatowego (na poziomie laminatu i pojedynczej laminy), w tym stosowane kryteria zniszczenia i warunki wytrzymałości. Przedstawiono metodykę analizy laminatów stosowaną w praktyce inżynierskiej dla modeli o różnym poziomie szczegółowości.

EN

Due to the favourable mechanical properties of composites (in particular laminates) and the possibility of shaping their structure (adjustment to operating loads), they are used for load-bearing structures in the aerospace, defence, automotive, wind energy and other industries. The paper presents a review of literature in the field of laminate mechanics and their modelling and the classification of materials depending on the degree of ordering their structure. The methods of determining the stiffness and strength of the laminate panel (at the laminate and single lamina level), including the applied criteria of destruction and strength conditions, were discussed. The methodology of laminate analysis used in engineering practice for models with different levels of detail was presented.

4

Modelowanie stanów termiczno-mechanicznych z zastosowaniem MES – zagadnienia wybrane. Część I

80%

Jachimowicz J. , Osiński J. , Szot A.

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

tom nr 4

38--42

PL

Stałe lub zmienne w czasie (stacjonarne lub niestacjonarne) obciążenia cieplne wywołują w konstrukcji ustalone lub nieustalone pola temperatury. Te z kolei są źródłem naprężeń, które mają szczególne znaczenie w przypadkach urządzeń pracujących w warunkach dużych zakresów temperatur i ich częstej zmienności w czasie. W niniejszym opracowaniu przedstawiono przykłady zastosowania programów MSC.Patran (budowa modeli i analiza wyników obliczeń) i MSC.Nastran (obliczenia) w zakresie termosprężystości niesprzężonej, czyli z pominięciem ciepła wytwarzanego na skutek odkształcania materiału.

EN

Fixed or time-varying (fixed or non-fixed) heat loads cause in the structure fixed or transient temperature fields. These, in turn, are a source of stresses which are particularly important for equipment operating in large temperature ranges and their frequent variability over time. The paper presents examples of application of MSC.Patran (construction of models and analysis of calculation results) and MSC.Nastran (calculations) in the range of uncoupled thermal resilience, i.e. excluding the heat produced by material deformation.

5

Analiza projektowa MES połączenia kompozytowo-metalowego przeznaczonego do badań na naciski

80%

Puchała K. , Szymczyk E. , Jachimowicz J.

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

tom nr 1

34--42

PL

Stałe dążenie do uzyskania jak najmniejszej masy samolotu jest powodem stosowania w konstrukcjach lotniczych materiałów o wysokiej wytrzymałości i sztywności właściwej. Wysokowytrzymałe stale, stopy tytanu lub stopy aluminium (np. 2024T3) oraz laminaty kompozytowe (np. CFRP, Glare) są przykładami takich materiałów. Stosowanie różnorodnych materiałów na struktury lotnicze wymusza konieczność łączenia części metalowych z kompozytowymi. Stosuje się różne techniki łączenia pokryć płatowca z elementami usztywniającymi: mechaniczne (połączenia nitowane, śrubowe), adhezyjne (klejenie, okazjonalnie zgrzewanie), hybrydowe (w którym zastosowano kombinacje dwóch różnych metod). W przypadku połączeń mechanicznych konieczne jest wykonywanie otworów, które są miejscem silnych koncentracji naprężeń decydujących o wytrzymałości całej konstrukcji. Połączenia mechaniczne, stosowane od dziesięcioleci, odznaczają się wysokim poziomem niezawodności. Połączenia mechaniczne można wykonywać oraz użytkować w trudnych warunkach środowiskowych. Celem pracy jest projekt mechanicznego połączenia metal-kompozyt oraz analiza niszczenia elementu kompozytowego. Analizowano dwucięte połączenie śrubowe. Przeprowadzono obliczenia analityczne oraz numeryczne.

EN

The constant attempt to obtain as low aircraft mass as possible is the reason for using material of high specific strength (or stiffness) in the aerospace industry. High strength steels, titanium or aluminium alloys (e.g. 2024T3) and composite laminates (e.g. CFRP or Glare) are the examples of such materials. Dissimilar materials in aircraft structures provide a necessity of composite and metallic components joining. Various techniques are used to connect the skin with the stiffening elements: mechanical (riveting, bolting), adhesive (bonding and occasionally welding) and hybrid (where both above mentioned methods are used). Making holes is a necessity for mechanical joints. The holes are the areas of high stress concentrations and they determine load capability of the whole structure. However, mechanical joints used for decades are proved to be reliable. They can be assembled and applied in very rough conditions since they are less sensitive to environmental effects. The goal of the work is development of a mechanical metal-composite joint and failure analysis of the composite part. The double-shear joint is analysed. Both analytical and numerical calculations are performed.

6

Modelowanie stanów termiczno-mechanicznych z zastosowaniem MES – zagadnienia wybrane. Cz. 2

80%

Jachimowicz J. , Osiński J. , Szot A.

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

tom nr 5

28--36

PL

Stałe lub zmienne w czasie (stacjonarne lub niestacjonarne) obciążenia cieplne wywołują w konstrukcji ustalone lub nieustalone pola temperatury. Te z kolei są źródłem naprężeń, które mają szczególne znaczenie w przypadkach urządzeń pracujących w warunkach dużych zakresów temperatur i ich częstej zmienności w czasie. W niniejszym opracowaniu przedstawiono przykłady zastosowania programów MSC.Patran (budowa modeli i analiza wyników obliczeń) i MSC.Nastran (obliczenia) w zakresie termosprężystości niesprzężonej, czyli z pominięciem ciepła wytwarzanego na skutek odkształcania materiału. W tej części artykułu zamieszczono przykładowe zadania modelowania naprężeń termomechanicznych.

EN

Fixed or time-varying (fixed or non-fixed) heat loads cause in the structure fixed or transient temperature fields. These, in turn, are a source of stresses which are particularly important for equipment operating in large temperature ranges and their frequent variability over time. The paper presents examples of application of MSC.Patran (construction of models and analysis of calculation results) and MSC.Nastran (calculations) in the range of uncoupled thermal resilience, i.e. excluding the heat produced by material deformation. This part of the paper provides examples of tasks for modelling thermomechanical stresses.

7

Numeryczne szacowanie poziomu naprężeń resztkowych w zakuwanym połączeniu nitowym

80%

Derewońko A. , Szymczyk E. , Jachimowicz J.

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

tom nr 2

32--42

PL

Podstawowe warunki projektowania połączenia nitowego wymagają sprawdzenia jego wytrzymałości ze względu na ścinanie nitów oraz dopuszczalne naciski wynikające z obciążeń eksploatacyjnych. W obliczeniach analitycznych przyjmowany jest równomierny rozkład takich obciążeń przypadających na nit oraz nie są uwzględniane naprężenia własne powstałe w procesie zakuwania nitu. Przedstawione w pracy analizy wykazały, że zastosowanie metody elementów skończonych do symulacji procesu zakuwania nitu pozwala zaobserwować zjawiska zachodzące w trakcie tego procesu, a mogące prowadzić do powstawania niebezpiecznych koncentracji naprężeń powodujących inicjację pęknięć. Zastosowanie metody elementów skończonych przy wykorzystaniu programu MSC.Marc umożliwia zamodelowanie złożonego procesu technologicznego, pozwalając określić wartości odkształceń i naprężeń w obszarach kontaktu, co jest utrudnione lub wręcz niemożliwe w przypadku badań doświadczalnych.

EN

The basic conditions for designing a riveted joint require checking its strength due to shear rivets and allowable pressures resulting from operating loads. The analytical calculations assume an even distribution of such loads per rivet and do not take into account the natural stress generated during the riveting process. The analyzes presented in the work have shown that the use of the finite element method to simulate the riveting process allows observing phenomena occurring during this process, which may lead to the formation of dangerous stress concentrations causing crack initiation. The use of the finite element method using the MSC.Marc program allows modeling of a complex technological process, allowing to determine the values of deformations and stresses in contact areas, which is difficult or even impossible in the case of experimental research.

8

Analizy MES oraz badania odkształceń i naprężeń w otoczeniu nitu w cienkościennej strukturze lotniczej

80%

Jachimowicz J. , Kajka R. , Szachnowski W. , Szymczyk E.

Przegląd Mechaniczny

|

2020

|

tom nr 3

33--46

PL

Zarówno podczas eksploatacji samolotów i śmigłowców, jak również w badaniach elementów innych struktur cienkościennych obserwuje się wiele interesujących zjawisk zachodzących w połączeniach nitowych, jak na przykład odkształcenia plastyczne, fretting itp., które wpływają ujemnie na trwałość połączenia, powodując inicjację pękania pokrycia. W artykule zaprezentowano wyniki badań dotyczących wizualizacji pól naprężeń metodami analizy MES oraz optycznymi połączeń nitowanych oraz wskazano na możliwość wykorzystywania tego rodzaju metod w badaniach odkształceń występujących w tych połączeniach.

EN

During the exploitation of aircraft and helicopters, as well as in the study of elements of other thin-walled structures, many interesting phenomena are observed in riveted joints, such as plastic deformations, fretting, etc., which negatively affect the durability of the joint, causing the initiation of cracking of the covering. The paper presents the results of research concerning the visualization of stress fields by FEM analysis methods and optical methods of riveted joints and indicates the possibility of using such methods in studies of deformation occurring in such type of joints.

9

Insight Into Vibration Sources in Turbines

70%

Moneta G. , Jachimowicz J. , Pietrzakowski M. , Doligalski A. , Szwedowicz J.

Fatigue of Aircraft Structures

|

2021

|

tom Iss. 13

40--53

EN

Despite of nearly 100 years of turbine engine development and design, blade vibrations remain a great engineering challenge. The rotating turbine blades’ vibrations lead to cyclic oscillations, which result in alternating stress and strain in harsh environments of high temperature and pressure. In modern aeroengines, high hot flow velocities might generate erosion and corrosion pitting on the metal surfaces, that leverage remarkably mean stresses. The combination of both mean and alternating stresses can lead to unexpected engine failures, especially under resonance conditions. Then, alternating stress amplitudes can exceed the safety endurance limit, what accelerates the high cyclic fatigue leading quickly to catastrophic failure of the blade. Concerning the existing state-of-the-art and new market demands, this paper revises forced vibrations with respect to excitation mechanisms related to three design levels: (i) a component like the blade design, (ii) turbine stage design consisting of vanes and blades and (iii) a system design of a combustor and turbine. This work reviews the best practices for preventing the crotating turbine and compressor blades from High Cyclic Fatigue in the design process. Finally, an engine commissioning is briefly weighed up all the pros and cons to the experimental validations and needed measuring equipment.