توربین‌های گاز یکی از اجزای بسیار مهم برای تولید انرژی در صنایعی نظیر هوافضا، دریانوردی، نفت و نیروگاه‌های حرارتی می‌باشند و كاربرد آنها در صنایع مختلف روز‌به‌روز در حال گسترش می‌باشد. بنابراین مطالعه و بررسی ابعاد مختلف توربین گاز به منظور استفاده بهینه و توسعه آن، امروزه در مراكز تحقیقاتی دنیا اهمیت ویژه‌ای پیدا كرده است. با توجه به اینکه توربین‌های گاز در شرایط کاری در برابر دما و نیروهای بسیار زیاد قرار می‌گیرند، دارای عمر محدودی هستند. بنابراین نیاز است که بتوان عمر اجزای آن را پیش‌بینی نمود. توانایی در انجام تخمین عمر ما را قادر به استفاده بهینه از تجهیزات مهندسی می‌کند که دارای مزایای اقتصادی بسیار زیادی می‌باشد.
یکی از اجزای بسیار مهم و اساسی توربین گاز، روتور آن می‌باشد که در معرض تنش‌ها و دماهای بسیار زیاد قرار دارد. این شرایط كاری بحرانی دما و تنش بالا باعث می‌گردد که مكانیزم‌های تخریب مختلفی بر روی روتور اعمال شده و در نتیجه روتور به مرور زمان دچار زوال و افت خواص شود.
در زمینه علل واماندگی[1] روتور، تحقیقات متعددی صورت گرفته است و مهمترین مكانیزم‌های تخریب آن از جمله خزش، خستگی، اكسیداسیون و خوردگی از لحاظ ریزساختاری و فیزیكی بررسی شده‌اند. همچنین اثر متقابل این واماندگی‌ها كه می‌تواند ناشی از اثر
همزمان دو یا بیشتر این عوامل باشد، بررسی شده است. بر اساس نتایج حاصل، اندرکنش خزش-خستگی[2] از جمله مهمترین علل واماندگی در روتور توربین گاز می‌باشد. این پدیده كه ناشی از شرایط كاری سخت دما بالا و تنش‌های زیاد می‌باشد عمر روتور را محدود می‌كند. تركیب تنش و دمای زیاد باعث بروز پدیده خزش شده و گرادیان‌های شدید دمایی باعث خستگی حرارتی می‌گردند. بنابراین مهمترین مکانیزم‌های تخریبی که در زوال روتور و در نتیجه کاهش عمر آن نقش دارند عبارتند از خستگی حرارتی، خزش و اندرکنش آن ها.
بر خلاف سایر قطعات توربین مانند پره‌ها و اتصالات، واماندگی روتور در حین عملیات می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیر و سنگینی را به كل مجموعه توربین وارد كند. بنابراین سازندگان و کاربران توربین‌‌ها همواره در تلاش بوده‌اند تا بتوانند عمر مفید روتور را تشخیص داده و در زمان مناسب اقدام به تعمیر و در صورت لزوم تعویض آن کنند. علاوه بر این، تعویض روتور می‌تواند هزینه‌های سنگینی را متوجه نیروگاه‌ها کند. با توجه به این مطالب، روشن می‌شود که تخمین دقیق‌تر عمر روتور به منظور استفاده بهینه از آن همواره از موارد مورد تحقیق پژوهشگران بوده و می‌تواند کمک شایان توجهی به کاهش هزینه‌ها در صنعت کند. بنابراین آگاهی کامل و دقیق از مکانیزم‌های شكست و از كار افتادگی قطعات توربین به خصوص روتور، یک ضرورت محسوب می‌شود و می‌تواند با تخمین بهینه عمر، منجر به صرفه‌جویی اقتصادی قابل ملاحظه‌ای شود. از این دیدگاه، اهمیت بحث تخمین عمر روتور توربین گاز روشن می‌شود.
لازم به ذکر است که پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه تکنولوژی ساخت توربین‌های گاز موجب شده است که قسمت‌های مهم و دوار اجزای نیروگاه‌ها مانند روتور و اجزای توربین، تحت بارهای کاری و دماهای بسیار بالاتری نسبت به گذشته به‌کار گرفته شوند که این امر بر ضرورت گسترش تحقیقات جدید در این زمینه دلالت دارد.
1-2 مكانیک آسیب پیوسته
آسیب ماده یک فرایند فیزیکی است که طی آن ماده تحت بارگذاری دچار کاهش و زوال خصوصیات مکانیکی می‌شود و در نهایت می‌شکند. تضعیف ماده ناشی از پیدایش و رشد ریزترک‌ها[4] و ریزحفره‌ها[5] در بافت ماده است. علم مكانیک آسیب، علم مطالعه متغیرهای مکانیکی دخیل در این فرایندها در ماده تحت بارگذاری می‌باشد. بر خلاف ماهیت ناپیوسته‌ی آسیب، تئوری مکانیک آسیب پیوسته می‌کوشد تا رشد و گسترش این ناپیوستگی‌ها را در یک چارچوب پیوسته مدل‌سازی کند که این کار را با تعریف یک متغیر داخلی در محیط پیوسته انجام می‌دهد[1]. می‌توان گفت اگر مکانیک شکست[6] که علم بررسی و مدل‌سازی ناپیوستگی‌ها است را بتوان در چارچوب مکانیک پیوسته کلاسیک بیان نمود، به سمت مکانیک آسیب پیوسته رهنمون می‌شویم. در واقع هدف از گسترش مکانیک آسیب پیوسته پر نمودن فاصله موجود بین مکانیک پیوسته کلاسیک و مکانیک شکست می‌باشد. در دهه های اخیر تحقیقات زیادی بر روی مدل کردن فرایند آسیب صورت گرفته، و تاکنون مدل‌های آسیب پیوسته‌ی متنوعی برای توصیف چنین پدیده ای در چارچوب مکانیک آسیب، ارائه شده است.
با وجود اینکه اصول و مفاهیم پایه مکانیک آسیب سابقه‌ای طولانی دارد، اما گسترش آن به خصوص برای مواد نرم در دهه های اخیر رخ داده است و از این جهت یک زمینه‌ی نسبتاً نو در علوم مکانیک به شمار می‌رود. در حال حاضر، مکانیک آسیب به عنوان یکی از مناسب ترین روش‌ها برای ارزیابی شکست در مواد نرم شناخته شده است[2].
فرم در حال بارگذاری ...
