Abstract
To enhance the high temperature potential of Superalloys for applications in stationary gas turbines a new concept is required for the prediction of the service life of the blades with an improved method for inelastic analysis. The applicability of the microstructural dependent constitutive equations, which has been developed at the IWE of the KFA, are discussed for a structural analysis of an internally cooled IN 738 LC turbine blade. For the multiaxial confirmation of the model tension-torsion experiments and experiments with precision casted internally cooled model turbine blades were carried out. The blades were exposed to temperature transients and tension stresses to simulate the centrifugal forces. For the mathematical analysis the constitutive equations were implemented into the Finite Elemente Code ABAQUS. A two dimensional mesh was used. At first, the temperature distribution in the blade was calculated based on the temperatures measured at certain points during the experiments. After the temperature distribution was known, it was possible to calculate the stresses and inelastic strains at every point of the model structure. The comparison of the experiments with the calculations, using the constitutive equations of Penkalla, showed a good conformity. For the life time prediction by experiments with short holding times,
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Beckmoeller, S, Schubert, F, Penkalla, H J, Nickel, H, and Breitbach, G.
Inelastic analysis of the deformation behaviour of internally cooled IN 738 LC turbine blades using the microstructural dependent constitutive equations; Inelastische Analyse des Verformungsverhaltens einer innengekuehlten Gasturbinenschaufel aus dem Werkstoff IN 738 LC unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells.
Germany: N. p.,
1994.
Web.
Beckmoeller, S, Schubert, F, Penkalla, H J, Nickel, H, & Breitbach, G.
Inelastic analysis of the deformation behaviour of internally cooled IN 738 LC turbine blades using the microstructural dependent constitutive equations; Inelastische Analyse des Verformungsverhaltens einer innengekuehlten Gasturbinenschaufel aus dem Werkstoff IN 738 LC unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells.
Germany.
Beckmoeller, S, Schubert, F, Penkalla, H J, Nickel, H, and Breitbach, G.
1994.
"Inelastic analysis of the deformation behaviour of internally cooled IN 738 LC turbine blades using the microstructural dependent constitutive equations; Inelastische Analyse des Verformungsverhaltens einer innengekuehlten Gasturbinenschaufel aus dem Werkstoff IN 738 LC unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells."
Germany.
@misc{etde_10121494,
title = {Inelastic analysis of the deformation behaviour of internally cooled IN 738 LC turbine blades using the microstructural dependent constitutive equations; Inelastische Analyse des Verformungsverhaltens einer innengekuehlten Gasturbinenschaufel aus dem Werkstoff IN 738 LC unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells}
author = {Beckmoeller, S, Schubert, F, Penkalla, H J, Nickel, H, and Breitbach, G}
abstractNote = {To enhance the high temperature potential of Superalloys for applications in stationary gas turbines a new concept is required for the prediction of the service life of the blades with an improved method for inelastic analysis. The applicability of the microstructural dependent constitutive equations, which has been developed at the IWE of the KFA, are discussed for a structural analysis of an internally cooled IN 738 LC turbine blade. For the multiaxial confirmation of the model tension-torsion experiments and experiments with precision casted internally cooled model turbine blades were carried out. The blades were exposed to temperature transients and tension stresses to simulate the centrifugal forces. For the mathematical analysis the constitutive equations were implemented into the Finite Elemente Code ABAQUS. A two dimensional mesh was used. At first, the temperature distribution in the blade was calculated based on the temperatures measured at certain points during the experiments. After the temperature distribution was known, it was possible to calculate the stresses and inelastic strains at every point of the model structure. The comparison of the experiments with the calculations, using the constitutive equations of Penkalla, showed a good conformity. For the life time prediction by experiments with short holding times, an elastic analysis could be used. But for experiments with long holding times creep is more dominant and has to be considered. (orig.) [Deutsch] Fuer die optimale Nutzung der Eigenschaften neuer hochwarmfester Superlegierungen reicht die herkoemmliche Auslegung dann nicht mehr aus, wenn ein Bauteil komplizierten Temperatur- und Belastungszyklen ausgesetzt ist. Die Beurteilung des Betriebsverhaltens und der Lebensdauer solcher Bauteile bedarf neuer Konzepte. Ein solches Bauteil ist die innengekuehlte Turbinenschaufel einer modernen stationaeren Gasturbine. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anwendbarkeit des strukturabhaengigen Werkstoffmodells, das im IWE der KFA entwickelt wurde, fuer strukturmechanische Untersuchungen von innengekuehlten, stationaeren Gasturbinenschaufel diskutiert. Die mehraxiale Ueberpruefung des Modells geschah zum einen mit Hilfe von Torsionshohlproben aus dem Werkstoff IN 738 LC und zum anderen mit Experimenten an feingegossenen Modellturbinenschaufeln derselben Legierung. Die Belastung der Modellschaufel bestand aus einer Zuglast zur Simulation der Fliehkraefte, sowie aus Temperaturzyklen. Die rechnerische Analyse der Schaufel fand mit Hilfe des Finiten Elemente Programms ABAQUS, in dem das Werkstoffmodell implementiert wurde, statt. Verwendet wurde eine zweidimensionale Netzstruktur. Basierend auf den im Experiment gemessenen Oberflaechentemperaturen wurde in einem ersten Schritt die Temperaturverteilung in der Modellschaufel berechnet. Erst danach war eine Spannungs- und inelastische Dehnungsanalyse moeglich. Ein Vergleich der Experimente mit den Rechnungen unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells nach Penkalla zeigte eine gute Uebereinstimmung bei der Lebensdauerprognose. Waehrend bei den Versuchen mit der kurzen Haltezeit das Versagen an der Abstroemkante elastisch abgeschaetzt werden konnte, ist dies fuer die laengere Haltezeit nicht exakt moeglich, da hier den Kriecheffekten eine staerkere Bedeutung zukam. (orig.)}
place = {Germany}
year = {1994}
month = {Jun}
}
title = {Inelastic analysis of the deformation behaviour of internally cooled IN 738 LC turbine blades using the microstructural dependent constitutive equations; Inelastische Analyse des Verformungsverhaltens einer innengekuehlten Gasturbinenschaufel aus dem Werkstoff IN 738 LC unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells}
author = {Beckmoeller, S, Schubert, F, Penkalla, H J, Nickel, H, and Breitbach, G}
abstractNote = {To enhance the high temperature potential of Superalloys for applications in stationary gas turbines a new concept is required for the prediction of the service life of the blades with an improved method for inelastic analysis. The applicability of the microstructural dependent constitutive equations, which has been developed at the IWE of the KFA, are discussed for a structural analysis of an internally cooled IN 738 LC turbine blade. For the multiaxial confirmation of the model tension-torsion experiments and experiments with precision casted internally cooled model turbine blades were carried out. The blades were exposed to temperature transients and tension stresses to simulate the centrifugal forces. For the mathematical analysis the constitutive equations were implemented into the Finite Elemente Code ABAQUS. A two dimensional mesh was used. At first, the temperature distribution in the blade was calculated based on the temperatures measured at certain points during the experiments. After the temperature distribution was known, it was possible to calculate the stresses and inelastic strains at every point of the model structure. The comparison of the experiments with the calculations, using the constitutive equations of Penkalla, showed a good conformity. For the life time prediction by experiments with short holding times, an elastic analysis could be used. But for experiments with long holding times creep is more dominant and has to be considered. (orig.) [Deutsch] Fuer die optimale Nutzung der Eigenschaften neuer hochwarmfester Superlegierungen reicht die herkoemmliche Auslegung dann nicht mehr aus, wenn ein Bauteil komplizierten Temperatur- und Belastungszyklen ausgesetzt ist. Die Beurteilung des Betriebsverhaltens und der Lebensdauer solcher Bauteile bedarf neuer Konzepte. Ein solches Bauteil ist die innengekuehlte Turbinenschaufel einer modernen stationaeren Gasturbine. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anwendbarkeit des strukturabhaengigen Werkstoffmodells, das im IWE der KFA entwickelt wurde, fuer strukturmechanische Untersuchungen von innengekuehlten, stationaeren Gasturbinenschaufel diskutiert. Die mehraxiale Ueberpruefung des Modells geschah zum einen mit Hilfe von Torsionshohlproben aus dem Werkstoff IN 738 LC und zum anderen mit Experimenten an feingegossenen Modellturbinenschaufeln derselben Legierung. Die Belastung der Modellschaufel bestand aus einer Zuglast zur Simulation der Fliehkraefte, sowie aus Temperaturzyklen. Die rechnerische Analyse der Schaufel fand mit Hilfe des Finiten Elemente Programms ABAQUS, in dem das Werkstoffmodell implementiert wurde, statt. Verwendet wurde eine zweidimensionale Netzstruktur. Basierend auf den im Experiment gemessenen Oberflaechentemperaturen wurde in einem ersten Schritt die Temperaturverteilung in der Modellschaufel berechnet. Erst danach war eine Spannungs- und inelastische Dehnungsanalyse moeglich. Ein Vergleich der Experimente mit den Rechnungen unter Verwendung des strukturabhaengigen Werkstoffmodells nach Penkalla zeigte eine gute Uebereinstimmung bei der Lebensdauerprognose. Waehrend bei den Versuchen mit der kurzen Haltezeit das Versagen an der Abstroemkante elastisch abgeschaetzt werden konnte, ist dies fuer die laengere Haltezeit nicht exakt moeglich, da hier den Kriecheffekten eine staerkere Bedeutung zukam. (orig.)}
place = {Germany}
year = {1994}
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