TI-6AL-4V 디스크의 과속 파열에 대한 최종 제한 상태 평가

Kitamura Yuta, Tsunori Mitsuyoshi, Yamada Takehisa, Ushida Hirohisa

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Kitamura Yuta: 기업 연구 및 개발 부서 기술 플랫폼 센터, 컴퓨터 및 수학 공학 부서 관리자, 공학 박사, 관리자, 수학 공학 부서 관리자
Tsunori Mitsuyoshi: 기업 연구 개발 부서의 관리 부서 총괄 책임자
Yamada Takehisa: 공학 박사, 자재 및 구조 공학 부서, 기술 플랫폼 센터, 기업 연구 및 개발 부서
Kitamura Yoshiyuki: 엔진 기술 부서, 연구 및 엔지니어링 부서, 에어로 엔진, 우주 및 방어 비즈니스 지역
Ushida Hirohisa: Aero Engine, Space & Defense Business Area, 연구 및 엔지니어링 부서의 고급 기술 부서 관리자

에어로 엔진에서는 과속 조건에서 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 회전 속도의 예측 정확도를 향상시키고 디스크의 무게를 줄일 것으로 예상됩니다. 구조 분석에 의해 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트의 예측 정확도를 향상시키기 위해서는 골절 될 때까지 재료의 궁극적 거동을 모델링하는 것이 중요합니다. 이 연구에서, 과속 파열로 이어지는 최종 한계 상태 평가는 TI-6AL-4V 디스크에 대한 구조 분석에 의해 수행되었다. 응력 상태에 의존하는 파단 변형에 기초한 디지털 이미지 상관 방법 및 연성 파단 기준에 의해 얻어진 고 대역 영역까지의 응력-변형 관계는이 평가에 사용되었다.

1. 소개

에어로 엔진에서 디스크 및 샤프트와 같은 부품은 생명 제한 부품 (LLP)이라고합니다. 골절되면 엔진을 안전하게 멈출 수 없게되므로. LLP의 골절은 주요 사고로 이어질 수 있으므로 서비스 수명이 제한되어 있으며 일정 시간 동안 사용한 후에 교체해야합니다. LLP의 설계 및 실제 활용은 연방 항공국 (Federal Aviation Administration)의 인증을 받는다.⁽¹⁾등. 인증을 얻는 것은 디스크가 테스포츠 토토 분석 사이트 또는 분석을 통해 요구 사항을 충족하는지 확인할 때 결정됩니다. 현재 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트는 디스크가 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 사용됩니다. 그러나 비용과 시간을 절약하기 위해 구조적 분석을 통해이를 확인하는 것이 바람직합니다.

디스크는 두 개의 별개의 고장 모드에서 과속 파열을 겪는 것으로 간주됩니다. 하나는 구조적 불안정성 버스포츠 토토 분석 사이트이며, 여기서 디스크는 방사형 방향으로의 변위 확장으로 인해 관성 힘이 증가함에 따라 구조적으로 불안정한 상태로 강제됩니다. 다른 하나는 연성 파단 버스포츠 토토 분석 사이트로, 디스크의 기본 재료가 변형되어 골절 변형에 도달합니다. 구조적 분석을 통해 디스크가 파열되는 회전 속도를 정확하게 예측하려면, 재료 연성 골절이 넥싱과 궁극적 인 골절 된 현상을 뒷받침하는 고갈 영역에서의 변형 거동을 포함하여 재료의 궁극적 거동을 연구하는 것이 중요합니다. 그러나 테스포츠 토토 분석 사이트 조각이 넥킹을 겪는 고 대역 영역에서 스포츠 토토 분석 사이트레인 게이지로 국소 변형을 측정하는 것은 어렵습니다. 또한, 단일 변형 만 측정하는 것은 만족 공장 정확도로 궁극적 인 골절을 예측하기에 충분하지 않습니다. 따라서이 연구는 DIC (Digital Image Correlation)를 사용하여 Aero 엔진에서 일반적으로 사용되는 잊혀진 TI-6AL-4V 디스크의 위치를 ​​고려하여 고 대역 지역까지 응력-변형 관계를 얻는 것을 목표로했습니다. 이 연구는 또한 획득 된 응력-변형 관계를 사용한 구조적 분석과 스포츠 토토 분석 사이트레스 상태에 의존하는 골절 변형에 기초한 연성 골절 기준을 사용하여 과속 파열에 도달하는 최종 한계 상태의 평가를 포함했다.

2. 스포츠 토토 분석 사이트레스 변형 관계

2.1 인장 시험에서 DIC 사용 측정

잊혀진 TI-6AL-4V 재료의 고갈 영역에서 응력-변형 관계를 얻으려면, 테스포츠 토토 분석 사이트 조각이 넥싱을 겪고 골절 된 골절을 겪는 고갈 영역에서 변형을 측정해야합니다. 스포츠 토토 분석 사이트레인 게이지 및 신장 미터는 설치 위치, 측정 영역의 크기 및 측정 가능한 변형의 상한에 의해 제한되기 때문에, 골절로 이어지는 국소 변형을 얻는 것은 어렵다. 이 연구는 DIC를 사용한 인장 시험에서 골절로 이어지는 균주 측정을 포함했다. DIC는 GrayScale 디지털 이미지 분석을 통해 이미지의 변위를 측정하여 비접촉 방식으로 변형 분포를 얻는 데 사용되는 방법입니다.

그림 1는 플레이트 두께가 2mm이고 평행 한 섹션 너비가 12.5mm 인 스무트 플레이트 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 모양을 보여줍니다. 변형률을 확인하기 위해 예비 분석이 수행되었으며, 이는 버스포츠 토토 분석 사이트 발생을 식별하는 데 중요한 매개 변수입니다. 이어서, 인장 시험을 수행하여 변형 속도가 0.000 1 s^-1to 1 s^-1.그림 2전형적인 DIC 측정 결과를 보여줍니다. 우리는 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 넥킹 섹션에 국소 적으로 농축 된 변형이 성공적으로 측정되었음을 확인할 수있었습니다. 0.01 s의 변형률 측정의 경우^-1이상, 이미지는 고속 카메라를 사용하여 충분한 프레임 속도를 보장했습니다.

2.2 진정한 응력 부담 관계의 생성

DIC를 통해 제공된 변형 분포를 사용하여 진정한 응력과 진정한 변형이 얻어졌습니다. 도 2에 도시 된 바와 같이, 변형은 위치를 갖는다. 따라서,이 연구에서, 진정한 스포츠 토토 분석 사이트레스-진단 변형 관계는 넥킹 섹션 (2)의 단면에서 평균 응력과 평균 변형을 얻음으로써 결정되었다. 첫째, 평균 축 변형, Axial 변형 평균을 통해 계산ε_yDIC를 통해 식별 된 최종 골절 위치에서 너비 방향으로 진정한 변형으로 정의되었습니다ε_t.

여기서Wandx각각 평행 섹션의 너비와 방향입니다.

진정한 스포츠 토토 분석 사이트레스를 얻으려면 넥싱 후 단면 영역의 변화를 설명해야합니다. 단면적을 계산하기 위해서는 플레이트 두께에 대한 정보가 필요하지만, 플레이트 두께 방향의 변형량은 DIC로 측정 할 수 없습니다. 따라서, 단면적은 일정한 부피를 가정하여 축 방향 및 폭 방향의 변형 양에 기초하여 계산되었다. 첫째, 평균 축 변형 외에식 (1), 평균 너비 방향 변형을 사용하여 획득너비 방향 변형률을 평균화하여 계산되었습니다ε_x궁극적 인 골절 위치의 너비 방향.

플라스틱 변형 동안 일정한 부피를 가정하면 평균 판 두께 방향 변형다음 방정식을 사용하여 얻을 수 있습니다.

따라서, 단면적a넥킹 섹션에서의 초기 단면 영역이a₀ .

이 연구에서 진정한 스포츠 토토 분석 사이트레스σ_t테스포츠 토토 분석 사이트 장비 부하를 나누어 획득F단면적aDIC 측정 결과를 기반으로 식 (4)를 사용하여 계산.

그림 3진정한 변형 사이의 관계를 보여줍니다 (플라스틱 변형ε_P) 및 인장 시험에서 얻은 진정한 응력.

3. 연성 골절 기준

3.1 응력 삼성성 및로드 각도 매개 변수

금속의 연성 파단은 스포츠 토토 분석 사이트레스의 적용이 서로 성장하고 합쳐져 연합 균열로 발전하는 방식으로 골절 원산지의 포인트로 금속 재료의 포함 또는 미세한 공극으로 발생합니다.^{(3), (4)}. 공극의 성장과 유착은 골절 변형에 유의 한 영향을 미치는 스포츠 토토 분석 사이트레스 삼성성과 깊은 관련이 있습니다. 응력 삼성성 η는 정수압 응력 σ_MVon Mises에 동등한 응력 σ_EQ, 스포츠 토토 분석 사이트레스의 삼각 성을 나타냅니다. 세 가지 주요 응력 구성 요소 사용 σ₁, σ₂, σ₃, 응력 삼성성 η는 식 (6)에 의해 표현 될 수 있습니다.

또한 Lode Angle 매개 변수로드 각도 θ_l주요 응력 공간에서 응력의 방위 방향으로 정의되고 순수한 전단 상태와의 근접성을 나타내는 지수. 로드 각도 매개 변수두 번째 불변 J2와 세 번째 불변을 사용하여 식 (7)에 의해 정의됩니다J₃Deviatoric Stress의 순수한 전단 상태에서 특정 값이 0이고, 1은 불일치 장력 또는 등성 압축 상태에서 1, 단축 압축 또는 등경 장력의 상태에서 -1입니다.⁽⁵⁾.

응력 상태는로드 각도 매개 변수와 응력 삼각 성에 의해 고유하게 표현 될 수 있습니다. Bai et al. 식 (8)에 의해 표현 된 새로운 골절 유전자좌 함수 (NFLF)는 응력 삼성 성 η 및로드 각도 매개 변수의 함수로서 파단 변형이 표현 될 수있게한다는 것을 옹호했다.,⁽⁶⁾.

여기서d₁tod₆NFLF의 결정되지 않은 재료 상수입니다. 이 연구는 NFLF를 사용하여 응력 삼성성에 대한 골절 변형의 의존성과 높은 자유 도로로드 각도 매개 변수의 의존성을 효과적으로 표현할 수 있기 때문에

손상 증분 dd는 부하 하에서 파괴 변형률에 대한 등가 플라스틱 변형 DεP의 증가의 비율로 정의됩니다.NFLF로 얻음. 앞에서 언급 한 바와 같이, 금속의 연성 파단은 하중 하에서베이스 재료 내부에서 생성 된 미세한 공극의 성장 및 유착으로 인해 발생하여 궁극적으로 연성 균열을 초래한다. 공극의 성장은 응력 삼부 자성 η와로드 각도 매개 변수에 의해 영향을받습니다하중 공정 동안 플라스틱 스포츠 토토 분석 사이트레인 εP가 증가하는 각 시점에서. 로딩 프로세스 중 응력 삼성성 및로드 각도 매개 변수의 변화 이력을 고려하기 위해이 연구는 손상 지표를 활용했습니다.dDd방정식 (9)에 표시된대로 로딩 중. 이 접근법에서d= 1.0은 연성 골절의 발생에 해당하며 연성 골절 기준으로 사용됩니다⁽⁷⁾.

이하 기준은 NFLF 골절 기준이라고합니다.

3.2 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트 구현

버스포츠 토토 분석 사이트 거동의 예측은 응력 삼성 영역에서 파단 변형률과 디스크에서 발생할 수있는로드 각도 매개 변수를 획득해야합니다. 즉, 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트는 잊혀진 TI-6AL-4V 자료를 다양한 로딩 형태와 테스포츠 토토 분석 사이트 조각 모양으로 구현했습니다.표 1이 연구에서 구현 된 22 가지 유형의 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트를 나열합니다.이 연구에서 응력 triaxenity 및 설명에서 얻은 각 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의로드 각도 매개 변수를 포함하여섹션 3.3. 또한,그림. 4각 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 모양을 보여줍니다. 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트의 예비 분석은 6 개의 결정되지 않은 NFLF 재료 상수를 결정하고 응력 삼성성 및로드 각도 매개 변수의 큰 영역에 대한 골절 변형의 획득을 용이하게하기 위해 시험 조건을 결정하기 위해 수행되었다.

둥근 막대 테스포츠 토토 분석 사이트 조각 및 플레이트 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 경우 골절이 발생할 때까지 일정한 속도로 인장 변위를 가졌습니다. 응력 상태를 제어하기 위해, 라운드 바 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 5 가지 유형, 두꺼운 플레이트 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 경우 2 가지 유형 및 얇은 플레이트 테스포츠 토토 분석 사이트 조각을위한 4 가지 유형을 포함하여 다양한 노치 모양을 사용했습니다. 노치가있는 중공 라운드 바 테스포츠 토토 분석 사이트 조각은 두 가지 유형의 변위 ​​사이의 비율을 변경하여 응력 삼성 성 및로드 각도 매개 변수를 제어하기 위해 두 가지 유형의 변위를 적용했습니다. Charpy Type 테스포츠 토토 분석 사이트 조각은 사전 연구에 이어⁽⁸⁾, 40mm의 범위를 가진 3 점 벤딩 테스포츠 토토 분석 사이트는 연성 균열이 발생할 때 변형량을 측정하기 위해 테스포츠 토토 분석 사이트 중간에 일시 중지 및 단면 구조의 관찰을 통해 수행되었습니다. 작은 펀치 테스포츠 토토 분석 사이트 조각은 직경이 50mm 인 스틸 볼을 눌러 동등한 인장 응력을 가졌습니다.

3.3 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트 분석

쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트의 유한 요소 분석은2 장잊혀진 TI-6AL-4V 재료의 재료 헌법 법으로.

그림 5분석에 사용되는 전형적인 유한 요소 모델을 보여줍니다. Axismmetric 고체 요소는 라운드 바, 노치 중공 라운드 바 및 작은 펀치 테스포츠 토토 분석 사이트 조각을 모델링하는 데 사용되었습니다. 3 차원 고체 요소는 찰리 타입 테스포츠 토토 분석 사이트 조각 및 노치 된 두꺼운 플레이트, 노치 얇은 플레이트와 같은 플레이트 테스포츠 토토 분석 사이트 조각을 모델링하는 데 사용되었습니다. 0.1 mm의 메쉬 크기는 모든 유한 요소 모델에서 평가 된 섹션을 둘러싼 영역에 사용되었습니다.그림 5쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트의 분석에서 얻은 부하와 변형 사이의 전형적인 관계를 보여줍니다. 분석 결과는 테스포츠 토토 분석 사이트 결과를 정확하게 재현하여 분석의 유효성을 보여줍니다.

각 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트에서 골절이 이들 분석에서 얻을 때까지 응력 삼 염증 및로드 각도 매개 변수. 여기서는 응력 삼부 자성 η 및로드 각도 매개 변수의 변화 이력을 고려하기 위해하중 공정 중에, 다음 방정식에 의해 표현 된 바와 같이 0에서 파단 변형 εf와의 플라스틱 변형 εp와의 통합 후 평균⁽⁷⁾.

응력 삼성 성 η 및 Lode Angle 매개 변수방정식 (10) 및 (11)을 사용하여 테스포츠 토토 분석 사이트 조각의 골절 될 때까지 평균표 1.

3.4 NFLF에서 표현 된 골절 변형 생성

NFLF는 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트에서 얻은 응력 트리아 성 및로드 각도 매개 변수를 사용하여 생성되었습니다. 식 (12)에 의해 정의 된 오차 함수 E는 식 (8)에서 6 개의 결정되지 않은 물질 상수를 결정하는 데 사용되었습니다.

,및쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트의 골절 변형, 응력 삼 염증 및로드 각도 매개 변수입니다. NFLF 재료 상수는 식 (12)에 의해 표현 된 오차 함수를 최소화하는 방식으로 계산되었다.

NFLF를 사용하여 생성 된 골절 변형은그림. 6.응력 삼성성이 감소함에 따라 골절 변형이 증가했습니다. 특히,로드 각도 매개 변수의 절대 값이 증가함에 따라 이러한 경향이 향상되었음을 확인했다. 또한 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트 결과를 나타내는 그림의 검은 점은 NFLF에서 얻은 골절 변형이 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트 결과와 잘 일치하는 방식에서 높은 정확도를 보여줍니다.

4. 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 평가

4.1 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트

디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트는 테스포츠 토토 분석 사이트를 위해 준비된 소규모 직경 디스크를 사용하여 수행되었습니다.그림 7작은 직경 디스크의 모양을 보여줍니다. 외부 직경은 약 150mm입니다. 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트에서 디스크가 과속 버스포츠 토토 분석 사이트를 경험할 때까지 디스크의 회전 속도가 일정한 가속 속도로 증가했습니다. 시험 동안, 방사형 방향으로 디스크의 주변 부분의 변위는 과속 파열이 발생할 때까지 측정되었다. 고속 카메라로 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트 중에 캡처 된 사진은그림. 8. in in그림. 8- (C), 디스크 표면에서 후프 방향의 방사형 균열 개구가 식별되었습니다. 그런 다음 균열은 다음과 같이 외경을 향해 자랍니다.그림. 8- (D)그리고 디스크는 그림과 같이 과속 버스포츠 토토 분석 사이트를 경험했습니다in -(e).

4.2 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 분석

축 방향 대칭 고체 요소를 사용하여 소분자 디스크를 모델링하여 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 분석을 수행했습니다. 진정한 스포츠 토토 분석 사이트레스-진단 변형 관계에서 확립 된2 장잊혀진 TI-6AL-4V 재료에 대한 재료 헌법으로 사용되었습니다.

4.3 토론

그림 9는 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트와 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 분석에서 얻은 방사형 방향으로 회전 속도와 디스크 주변 장치 섹션의 변위 사이의 관계를 보여줍니다. 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트에서, 회전 속도가 절정 될 때까지 방사 방향의 갑작스러운 변위 증가와 관련된 관성 모멘트의 갑작스러운 증가로 인해 회전 가속도가 점차 감소한 것으로 관찰되었다. 피크에 도달 한 후 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 분석의 회전 속도에 도달 한 후, 회전 속도 피크가 높은 정확도로 회전 속도 피크가 예측할 수있을 때까지 변위가 회전 속도의 후속 감소를 재현 할 수 없음을 확인했습니다.

33314_33831그림. 10. 손상 지표가있는 위치D는 허브 내부에 최대화되었으며 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트에서 균열이 관찰 된 웹의 내 직경에 가깝습니다. 손상 지표의 최대 값을 고려D0.76에서 1.0 미만이었으며, 구조적 불안정성 지점에서 연성 골절이 발생하지 않았 음을 확인했습니다. 따라서 테스포츠 토토 분석 사이트 된 디스크의 고장 모드는 구조적 불안정성 버스포츠 토토 분석 사이트라는 것이 명확 해졌습니다.

그런 다음, 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트에서 골절 원점 포인트를 예측할 수 있는지 여부를 확인하기 위해 구조적 불안정성을 검사 한 후 재료의 연성 파괴가 예측 될 수 있는지 확인하기 위해.그림 11손상 표시기가있을 때 손상 표시기 분포를 보여줍니다d의 자료는 1.0을 초과합니다. 최대 손상 표시기의 위치는 구조적 불안정성의 위치에서 바뀌 었습니다.그림. 10, 외경쪽으로. 그 후, 디스크 표면에서 웹의 내 직경을 향해 손상 표시기를 최대화 하였다. 위치는 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트에서 균열이 식별 된 영역에 매우 가깝습니다.그림 12손상 지표가있을 때 동등한 플라스틱 변형의 분포를 보여줍니다d의 자료는 1.0을 초과합니다. 손상 지표와 달리, 보어에서 등가 플라스틱 변형이 최대화되었습니다. 시험 된 디스크에서, 응력 삼성 상태 및로드 각도 매개 변수의 상태는 웹의 내 직경의 내부와 내부 사이에서 상이하다는 것이 확인되었다. 결과적으로 골절 변형이기 때문에 손상 지표 D가 최대화되었습니다웹의 내 직경 내부에서 감소.

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5. 결론

이 연구는 TI-6AL-4V 디스크를 사용하여 과속 버스포츠 토토 분석 사이트로 이어지는 최종 한계 상태를 평가하는 방법을 설정했습니다. 이 연구의 결과는 다음과 같이 요약됩니다.

1. 인장 시험 중 잊혀진 TI-6AL-4V 재료의 변형은 DIC를 사용하여 목을 사용하는 고 대통령 영역에서 진정한 응력 부호 관계를 얻기 위해 측정되었습니다. 넥킹 섹션에서의 진정한 응력 부호 변형 관계는 dic을 사용하여 측정 된 변형 분포에서 얻었습니다.
2. 잊혀진 TI-6AL-4V 재료에 대한 연성 파괴 기준을 얻기 위해 응력 삼성성 및 Lode 각도 매개 변수로 22 가지 유형의 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트를 수행했습니다. 응력 삼성성 및로드 각도 매개 변수에 해당하는 파단 변형률은 쿠폰 테스포츠 토토 분석 사이트 결과 및 유한 요소 방법의 분석 결과 모두에서 확인되었습니다. 잊혀진 TI-6AL-4V 재료에 대한 NFLF를 기반으로 한 골절 기준은 이러한 결과를 사용하여 생성되었습니다.
3. 소규모 직경 디스크의 과속 버스포츠 토토 분석 사이트에 대해 궁극적 한계 상태의 평가가 수행되었습니다. DIC를 사용하여 생성 된 진정한 응력 부호 변형 관계는 높은 정확도로 디스크 버스포츠 토토 분석 사이트 테스포츠 토토 분석 사이트에서 발생한 변형량을 예측하기 위해 분석을 준비했습니다. NFLF를 기반으로 한 골절 기준은 또한 높은 정확도로 디스크에서 파단 원인 포인트를 예측할 수 있습니다.

개발 기간과 테스포츠 토토 분석 사이트 비용을 줄이기 위해“분석 별 인증”에 대한 많은 논의가있었습니다. 업계는 에어로 엔진의 경쟁력을 향상시키기 위해 디스크에 대한 분석을 통해 간절히 원하는 인증을 원했습니다. 이 목표를 달성하기 위해서는이 연구에서 개발 된 기술을 사용하는 설계 방법을 설정해야합니다.

　　　　　　　　 　　 　　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

Vol.57 No.2