냉각 토토 배팅 사이트있는 세라믹 매트릭스 복합재 (CMC)에 대한 생명 예측 모델 개발

SATO HAYAO, HARUYAMA DAICHI, KITAMURA Yoshiyuki, Nakamura Hiroshi, Honda Tatsuhito

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Sato Hayao: 엔진 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 엔진, 우주 및 방어 비즈니스 지역
Haruyama Daichi: 기업 연구 및 개발 부서 기술 플랫폼 센터, 컴퓨터 및 수학 엔지니어링 부서
Kitamura Yoshiyuki: 엔진 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 엔진, 우주 및 방어 비즈니스 지역 관리자
Nakamura Hiroshi: 공학 박사, 기술 관리 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 엔진, 우주 및 방어 비즈니스 지역
Honda Tatsuhito: 엔진 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 엔진, 공간 및 방어 비즈니스 지역

CMC (Ceramic Matrix Compositions)는 Ni 기반 합금보다 더 높은 내열성 및 특정 계수를 가지므로 터빈 부품과 같은 항공기 엔진 부품에 더 많이 적용하기를 원합니다. 엔진 부품이 열 내구성에 대한 조건에 노출되므로 표면을 식기 위해 일반적으로 여러 토토 배팅 사이트 만들어집니다. 그러나 CMC 피로 수명에 대한 작은 구멍 효과에 대한 연구 결과는 거의 없습니다. 이 연구는이 현상에 중점을 두었습니다. 피로 테스트는 단일 구멍과 다중 구멍으로 제조 된 평평한 판을 사용하여 수행되었습니다. 시험의 결과로, 단일 홀드 및 다중 홀드 유형 사이에서 상이한 골절 및 균열 전파 모드가 관찰되었다. 생명 예측 모델은 생명 타락을 설명하기 위해 고려되었습니다. 강도 파라미터는 CMC 단위 셀의 영역에서 유한 요소 분석 (FEA)에 의해 예측 된 응력 필드를 평균화함으로써 계산되었다. 이 연구에서 개발 된 수명 예측 모델을 사용함으로써 토토 배팅 사이트있는 모든 유형의 테스트 조각의 피로 수명은 토토 배팅 사이트없는 매끄러운 모양의 테스트 조각에서 얻은 S-N 곡선을 기반으로 예측할 수 있습니다.

1. 소개

IATA (International Air Transport Association)는 2050 년까지 민간 항공기에서 순 제로 탄소 배출을 달성하는 목표를 세웠습니다⁽¹⁾. 이를 위해 터빈 흡입구 온도 (TIT)를 증가시켜 엔진 성능을 향상시키려는 노력이 있었는데, 이는 더 높은 내열성이 높은 재료가 필요합니다.그림 1열 내구성 및 특정 강도에 대한 재료 성능을 보여줍니다. 세라믹 매트릭스 조성 (CMC)은 Ni 기반 합금보다 더 높은 내열성을 가지며 성능 개선 및 중량 감소를 위해 터빈 또는 기타 부품을 포함한 항공기 엔진에 적용될 것으로 예상됩니다.

JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency)는 2018 년 EN-Core (Environmentally Corpliable Core Engine Technology Research) 프로젝트를 시작하여 핵심 엔진 기술을 시연했습니다⁽²⁾. 이 프로젝트에서 Jaxa와 IHI는 차세대 엔진 터빈에 대한 개념을 공동으로 제안했으며 검증과 함께 설계 기술 개발을 수행했습니다. 차세대 터빈 베인에 대한 제안 된 개념은그림. 2. CMC를 고온 부품에 전향 적 적용하기위한 냉각 시스템에 대한 많은 연구가있었습니다.⁽³⁾. 대조적으로, 냉각 목적으로 복합 재료의 작은 구멍과 기계적 특성 사이의 관계에 대한 연구 사례는 거의 없었다. 이 연구에서 냉각 구멍 (크기, 모양 및 피치)의 사양과 피로 수명 사이의 관계에 초점을 맞추면서 작은 토토 배팅 사이트있는 간단한 평평한 판을 제공하여 준비한 평면 판 테스트 조각을 사용하여 피로 테스트를 수행했습니다.

2. 테스트

2.1 재료

테스트 조각은 연속 SIC (실리콘 카바이드) 섬유 직물로 만든 CMC 플레이트에서 절단되었으며, 3 차원 직조 구조를 특징으로합니다. CMC 플레이트는 화학 증기 침윤 (CVI) 방법을 사용하여 서브 밀리미터 스케일로 섬유 다발로 번들 섬유로 형성 한 후, 용융 침윤 (MI) 방법을 통해 희토류 재료로 섬유 다발을 응고 하였다. 기계적으로 가공 된 CMC 플레이트는 테스트 조각으로 사용되었습니다.

2.2 테스트 조각 모양

테스트 조각의 일반적인 치수는그림. 3. 테스트 조각의 구멍은 레이저 처리를 사용하여 생성되었습니다.그림 415178_15943⁽⁵⁾.

2.3 테스트 조건

이 연구에서 실온에서의 스트레스 조사가 시험 조각의 변형을 연구하기 위해 수행되었으며 피로 특성을 확인하기 위해 고온 피로 테스트도 수행되었습니다.표 1테스트 조건 및그림. 5측정 시스템을 보여줍니다.

스트레스 조사는 테스트 조각의 하중 값과 변형 및 변형의 양 사이의 관계를 연구하기 위해 수행되었습니다. 이를 위해, 테스트 조각을 실온에서 작은 하중에 적용하고 시험 조각의 게이지 지점 사이의 변형 및 변형률은 신장계와 스트레인 게이지를 사용하여 측정되었다.

고온 조건에서 천공 된 시험 조각의 피로 수명을 결정하기 위해 피로 테스트를 수행했습니다. 테스트는 1 200 ° C의 대기에서 0.1의 목표 응력 비율로 하중 제어하에 수행되었습니다.

3. 생명 예측 방법

3.1 스트레스 예측 모델

최종 요소 분석 (FEA)을 사용하여 구멍 섹션 주변의 응력 분포가 예측되었습니다. CMC가 현미경 수준에서 직교성 재료로 모델링 될 수 있다고 가정하면, 우리가 별도로 수행 한 기본 재료 테스트를 통해 얻은 값은 재료 모델에 대한 입력으로 사용되었습니다.

분석 모델의 모양은 다른 토토 배팅 사이트있는 테스트 조각을 제외하고 설계에 표시된 공칭 치수를 따랐습니다. 제조 된 구멍의 치수와 공칭 치수의 분산이 발견 되었기 때문에 디퓨저 구멍의 모양은 FEA 모델에서 실제 치수로 재현되었습니다.

3.2 생명 예측 모델

천공 된 테스트 조각에 관한 수명 예측의 정확성을 확인하기 위해,이 테스트 조각의 강도는 토토 배팅 사이트없는 테스트 조각의 강도와 비교되었습니다. 비교는 구멍없이 테스트 조각의 로그 (σ) -LOG (NF) 회귀선을 플로팅하고 비교하여 수행되었습니다. 테스트 하중 하에서 천공 된 테스트 조각의 평가 응력-자극주기 관계.

천공 된 테스트 조각의 수명 예측에 사용 된 평가 응력은 FEA 모델의 특정 단면의 분석 된 특정 영역을 통해 얻은 응력 값을 평균하여 계산되었습니다.그림 6평가 된 단면과 수직 토토 배팅 사이트있는 테스트 조각의 경우 응력 평균에 사용 된 영역 사이의 관계를 보여줍니다. 단면 방향은 하중 방향에 수직이었다. 응력 평균화에 사용 된 면적의 크기는 CMC 단위 셀의 크기와 동일했습니다.

4. 테스트 결과

4.1 스트레스 조사

그림 7각 테스트 조각에 대한 변형 게이지 및 FEA 예측 값으로 얻은 변형 기록을 나타냅니다. 구멍 섹션으로부터 거리에 위치한 스트레인 게이지의 측정 값은 예측 값과 잘 일치했습니다.그림 8| 각각의 테스트 조각에 대한 외부인으로 측정 된 변형 기록 및 FEA 예측 값을 나타냅니다. 단일 구멍을 가진 테스트 조각의 구멍에 가깝게 배치 된 외부 외계인의 측정 값은 예측 값과 잘 일치했습니다. 대조적으로, 다수의 구멍을 갖는 시험 조각에 대한 외부의 측정 값은 예측 값보다 높았다. 이것은 인접한 구멍에서 가공 중에 발생한 손상으로 인해 발생하는 것으로 생각되었습니다.

4.2 피로 테스트

그림 9피로 테스트 전후에 구멍 주위의 영역의 이미지가 표시됩니다. 각 테스트 조각이 구멍의 중앙에서 골절 된 것으로 확인되었습니다.

그림 10과량계로 측정 된 변형의 사이클 이력을 보여줍니다. 주기적 하중 하에서 최대 및 최소 균주는 그림에 표시됩니다. 단일 구멍을 가진 시험 조각의 변형이 시간이 지남에 따라 단조롭고 지속적으로 증가한 후 골절되면 갑자기 불연속적으로 증가한 것으로 확인되었습니다. 대조적으로, 다수의 토토 배팅 사이트있는 시험 조각의 변형이 시간이 지남에 따라 계단과 같은 방식으로 증가한 것으로 확인되었다. 또한, 변형 및 하중의 사이클 이력을 비교함으로써, 변형이 증가한 후에 하중이 감소한 것으로 확인되었다. 이 정보에 기초하여, 균주가 단계와 같은 방식으로 증가했을 때 내부 손상이 발생할 때 다수의 구멍을 가진 테스트 조각이 추정된다. 따라서,이 연구에서, 첫 번째 불연속 균주 증가는 구멍 섹션에 대한 초기 손상으로 정의되었고 하중 감소는 최종 골절로 정의되었다. 또한,이 연구에서는 초기 손상이 발생할 때 사이클 수를 사용하여 피로 수명이 결정되었습니다.

5. 논의

그림 11초기 손상이 발생했을 때의 평가 응력과 사이클 수 사이의 관계를 보여줍니다. 초기 손상이 발생했을 때, 천공 된 테스트 조각의 피로 테스트를 통해 얻은 1 200 ° C 환경에서 토토 배팅 사이트없는 테스트 조각의 S-N 차트에서 오버레이드되었습니다. 수직 축의그림. 11- (a)테스트 조각의 최소 단면에 적용되는 단면 평균 응력을 사용한 결과를 나타냅니다. 또한 수직 축의그림. 11- (b)|섹션 3.2.

에 표시된 평가 방법의 경우그림. 11- (a), 천공 된 테스트 조각의 강도는 토토 배팅 사이트없는 테스트 조각의 강도의 회귀선보다 낮습니다. 대조적으로,그림. 11- (b)24869_25376

그러나 스트레스 조사에서 구멍 섹션 주변의 변형 분포를 확인하는 것은 향후 해결해야 할 과제입니다. 고해상도 이미지를 사용하여 변형을 분석하는 것은이 도전을 해결하는 효과적인 접근법으로 생각됩니다.

6. 결론

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그러나 FEA의 결과로 단위 셀 크기에서 응력이 평균화 된 이유는 여러 유형의 천공 된 테스트 조각의 피로 수명을 정확하게 예측할 수있게 해줍니다. 즉, 향후 이러한 테스트 조각의 손상 메커니즘을 이해해야합니다. 이를 달성하기 위해, 효과적인 접근법은 예측 된 골절 사이클 동안 천공 된 시험 조각의 구멍 섹션에 대한 손상을 관찰하고 각 시험 조각에 대한 골절 모드를 식별하는 것이다. 구멍 섹션 주변의 약간의 손상을 관찰하려면 해상도가 높은 장비를 사용하여 효과적인 것으로 간주됩니다.

또한, 손상 모델로서 CMC의 강성 감소를 표현할 수있는 균질 한 몸체를 도입하는 것은 분석 모델에서 변형 및 응력의 예측 정확도를 향상시키는 효과적인 수단으로 간주됩니다. 대조적으로, 균질 한 신체 모델로부터 예측 된 응력을 사용하면 실제 구멍의 위치에 따라 일련의 섬유 다발과 모음을 포함하는 미세 구조를 갖는 CMC의 강도를 과대 평가할 위험이있다. 위험한 측면에 피로의 생명 예측이 없다는 것을 고려할 때, 미래의 토론은 추론 위험과이를 평가하는 데 필요한 노력을 다루어야 할 것입니다.

- 감사 -

이 백서에 제시된 업적은 En-Core 프로젝트를 통해 달성되었습니다. 우리는 Jaxa에 관련된 개인에게 깊은 감사를 표하고 싶습니다.

　　　　　　　　 　　 　　 　　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

Vol.57 No.2