تحلیل دقیق ترموالاستیک و بهینه‌سازی سازه اسپول در موتورهای توربین گاز هوایی

بهروز شهریاری¹ محمد سهیل صادقی نژاد نجف آبادی² پژمان محمودی³

1) استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر،
2) دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان،
3) دانشجوی کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

محل انتشار : پنجمین کنفرانس بین المللی پژوهش در علوم و مهندسی و دومین کنگره بین المللی عمران، معماری و شهرسازی آسیا(5icrsie.com)
چکیده :
سازه‌های دوار در صنایع مختلفی نظیر صنایع مکانیک، هوافضا، نیروگاه‌ها، هسته‌ای و کشتیرانی به‌طور گسترده مورداستفاده قرار میگیرند. از مهمترین کاربردهای سازه‌های دوار در صنایع هوافضا، می‌توان به استفاده در انواع موتورهای هوایی از جمله موتورهای مینی توربوجت و اجزای تشکیل‌دهنده آنها یعنی توربینها و کمپرسورها اشاره کرد. یکی از این پرکاربردترین این سازه‌های دوار، که در این پژوهش موردبررسی قرار خواهد گرفت، سازه اسپول مورداستفاده در یک کمپرسور موتور مینی توربوجت مفروض است که با توجه به هندسه آن، به‌منظور انجام تحلیل و طراحی اولیه به‌صورت یک پوسته استوانه دوار جدار ضخیم مدل‌سازی و بررسی خواهد شد. استوانه موردبحث در موتور هوایی مفروض تحت بارگذاری‌های مکانیکی و حرارتی قرار دارد. بارگذاری مکانیکی شامل اثر ناشی از دوران استوانه و بار گریز از مرکز ناشی از دوران پره‌های قرارگرفته در سطح خارجی و همچنین بارگذاری محوری یکنواخت ناشی از گذر گازهای داغ است. همچنین بارگذاری حرارتی در اثر تغییرات حرارتی موجود بین سطوح داخلی و خارجی بر استوانه اعمال‌شده است. همچنین شرایط مرزی استوانه به‌صورت یک‌سرگیردار در نظر گرفته‌شده است. حل دقیق اسپول مفروض با استفاده از تئوری الاستیک صفحه‌ای موردبررسی قرارگرفته است. ابتدا معادلات تنش و جابجایی با استفاده از روابط کرنش صفحه‌ای تئوری الاستیک صفحه ای استخراج‌شده است. در ادامه با توجه به تأثیر قابل‌توجه وزن در طراحی سازه‌های هوایی و تلاش طراحان قطعات هوایی به جهت کاهش وزن نهایی سازه بدون افت کارکرد سازه از روش بهینه‌سازی شمارشی به جهت بهینه‌سازی ابعادی سازه در راستای رسیدن به کمینه وزن ممکن طبق محدودیت‌ها و قیود طراحی موجود همراه با ضریب اطمینان قابل‌قبول استفاده‌شده است.
کلمات کلیدی : اسپول تحلیل ترموالاستیک تئوری الاستیک صفحه ای بهینه‌سازی ضریب اطمینان سازه دوار