ガスタービンブレードのための単結晶超合金のマルチスケールモデリング

発売日:2021-06-28
ガスタービンブレード用の単結晶超合金のモデル化ガスタービンのための単結晶超合金モデリングガスタービンは、発電および航空機および血管の推進のために広く使用されている。それらの最も重いロードされた部品、タービンローターブレードは単結晶ニッケル

base超合金から製造されています。これらの材料の優れた高温挙動は、G-39の大量分率を含むG-Matrix(Ni)からなる2つの-PHase複合微細構造に起因している。サービス中、最初の直方体沈殿物は、ラフティングと呼ばれる拡散&ベースのプロセスを通して細長いプレートに進化します。この研究では、微細構造形態とその進化を特に考慮したマイクロ#MENCERICAL構成的フレームワークが開発されています。提案されたマルチスケールアプローチでは、巨視的長スケールは、有限要素(FE)計算が通常適用されるエンジニアリングレベルを特徴付ける。メソスコピック長スケールは、巨視的材料点に起因する微細構造のレベルを表す。この長さスケールでは、材料は2つの異なる相の化合物と見なされ、これは専用の単位セルを構成する。顕微鏡長スケールは、個々の材料相の結晶レベルを反映している。これらの段階の構成的挙動はこのレベルで定義されています。提案された単位セルは特別な界面領域を含み、その中にプラスチック歪み勾配が集中すると仮定される。これらの界面領域では、歪み勾配誘起逆ストレスが発生し、2つの相間の格子不良から発生する応力と同様に発生する。単位セルのサイズおよびマイクロメカニカルの単純化は、マルチスケールアプローチにおいて特に効率的になる。単位セル応答は、詳細なFEベースの単位セルの離散化よりもはるかに効率的である巨視的FEコード内の材料点レベルで数値的に決定される。マトリックス相構成挙動は、非-local株勾配結晶塑性モデルを用いてシミュレートされる。このモデルでは、界面領域内の歪み勾配によって誘発された幾何学的に必要な転位(GND)の非ヌクレーム分布は、硬化挙動に影響を与える。また、具体的には、目的の2つの-PHase材料については、硬化法にはオロアン応力に関連するしきい値項が含まれています。沈殿物相については、沈殿物剪断および回収率IV概要上昇のメカニズムがモデルに組み込まれている。さらに、NI3Al-田性電池の典型的な異常な降伏挙動および他の-SCHMID効果が実施され、超合金の機械的応答へのそれらの影響が実証されている。次に、時間-D依存的損傷を概ね適用可能な時間-INSTREMANAL損傷則に積分する損傷モデルが提案されています。オロアン応力に基づく基準が顕微鏡レベルでスリップ反転を検出するために導入され、転位ループ固定化機構を用いて巡回損傷蓄積を定量化する。さらに、周期的および時間依存的な損傷累積の間の相互作用はモデルに組み込まれている。幅広い荷重条件のシミュレーションは実験結果と適切な合意を示しています。ラフティングおよび粗大化プロセスは、いくつかの微細構造寸法のための進化方程式を定義することによってモデル化される。これらの方程式は内部エネルギーの低減と一致しており、これは劣化プロセスの推進力と見なされることが多い。劣化した材料の機械的応答はシミュレートされ、適切な合意が実験的に観察された傾向を伴って見いだされます。最後に、マルチスケール能力は、ガスタービンブレード有限要素分析においてモデルを適用することによって実証される。これは、微細構造の変化がガスタービン部品の機械的応答にかなり影響を与えることを示しています。--

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