fe-safe

Hållbarhetsanalysprogram för modeller av finita element.

fe-safe/TURBOlife

Hur minskas hållbarheten av drift vid höga temperaturer? Vad är orsaken till felet – krypning, utmattning eller krypning och utmattning i samverkan? fe-safe/TURBOlife kan ge dig svaren.

fe-safe/TURBOlife är en kraftfull, unik och omfattande serie programvara för analys av krypning och utmattning. Algoritmerna för utmattning och krypning i fe-safe/TURBOlife har använts med lyckade resultat för komponenter i kärnkraftverk, ångpannor i kraftverk, gasturbinblad och ångturbinkomponenter. Användningen av fe-safe/TURBOlife ökar inom branschen för drivlinor där krypning samt utmattning och krypning i samverkan är vanligt förekommande i komponenter i fordons avgassystem och kompressorhjul i turboaggregat.

fe-safe/TURBOlife:

  • tar hänsyn till komplexa och samverkande skademekanismer till följd av krypnings- och utmattningsförhållanden
  • identifierar om skadan framförallt orsakas av utmattning, krypning eller av utmattning och krypning i samverkan
  • möjliggör skadeberäkningar med hjälp av duktilitetsutmattning med utmattning och krypning i samverkan eller uppdelning av töjningsområdet.
Översikt

fe-safe/TURBOlife identifierar om utmattning och/eller krypning är den huvudsakliga mekanism som orsakar skador, vilket gör att omkonstruktionen kan fokuseras på de relevanta skademekanismerna och minska komponenttestningen inför service betydligt.

Utifrån analyser av elastiska finita element och lättillgängliga materialdata konstruerar fe-safe/TURBOlife komplexa hysteres-slingor för spänning och töjning, vilket omfattar spänningsrelaxation till följd av krypning. Det ger en utförlig redogörelse för komponentspecifik drifthistorik och cyklernas ordning.

Metoder för krypning och utmattning i fe-safe/TURBOlife bygger på koncept om duktilitetsutmattning och uppdelning av töjningsområdet som har utvecklats under de senaste 25 åren i Storbritannien och USA. Inom kärnkraftverk och kraftverk som drivs med fossila bränslen används de här metoderna i stor utsträckning för nya konstruktioner och för löpande övervakning av tillämpningar på ångpannor och gasturbiner.

fe-safe/TURBOlife beräknar:

  • var utmattningssprickor kommer att initieras
  • när utmattningssprickor kommer att initieras
  • hur krypmekanismer påverkar utmattningslivslängden
  • säkerhetsfaktorer för arbetsbelastningar – för snabb optimering
  • hållbarheten för komponenter i miljöer med höga temperaturer där mekanismer för utmattningsskada och krypskada samspelar och förkortar komponentens livslängd betydligt
  • om utmattningsskada framförallt orsakas av krypning, utmattning eller krypning och utmattning i samverkan.

fe-safe/TURBOlife är en tilläggsmodul till fe-safe som gör att användaren kan ta med effekterna av komplex belastningshistorik, fleraxlig utmattning och andra avancerade funktioner i fe-safe.

Funktioner
  • Beräknar komponenthållbarheten i hög temperatur när mekanismer för utmattningsskada och krypskada samspelar och förkortar komponentens livslängd betydligt
  • Tar hänsyn till nödvändiga temperatureffekter, identifikation av nivåerna av kryp- och utmattningsskada, och sannolikheten för sprickinitiering
  • Konstruerar komplexa hysteres-slingor för spänning och töjning, vilket omfattar spänningsrelaxation till följd av krypning, utifrån analyser av elastiska finita element och lättillgängliga materialdata. Det ger utförlig redogörelse för komponentspecifik drifthistorik och cyklernas ordning
  • Identifierar om utmattning och/eller krypning är den huvudsakliga mekanism som orsakar skador, vilket gör att omkonstruktionen kan fokuseras på de relevanta skademekanismerna och minska komponenttestningen inför service betydligt
  • Ger omfattande grafiska utdata när det gäller livsskisser och spänningssäkerhetsfaktorer så att kritiska områden enkelt kan identifieras
  • Innehåller omfattande onlinehjälp och -information om förberedelse av materialdata
  • Ger kapacitet för direkt import och enkel datamanipulering med FEA-programvara
Fördelar
  • Korrekta uppskattningar av utmattningslivslängden i komplexa analyser utifrån kryptöjning, kryputmattningsskada och förändring av materialegenskaper vid höga temperaturer
  • Skadeberäkningar med hjälp av duktilitetsutmattning med utmattning och krypning i samverkan eller uppdelning av töjningsområdet
  • Möjlighet att enkelt identifiera om den huvudsakliga orsaken till utmattningsbrottet har att göra med utmattning eller krypning eller med krypning och utmattning i samverkan
  • Lätt att lära sig och användarvänligt
  • Användning av lättillgängliga materialdata
  • Förutsättningar för snabb optimering av konstruktioner, kortare utvecklingstider, sänkta materialkostnader och verifiering av den färdiga konstruktionen på dator, vilket ger visshet om att konstruktionen kommer att klara testningsschemat och vara rätt från början
  • Stöd från mycket erfarna utmattnings- och utvärderingstekniker och de omfattande materialprovningslaboratorierna på AMEC Foster Wheelers
Tillämpningar
  • Gasturbinblad
    • Komplex konstruktion som omfattar kylkanaler för att begränsa den högsta drifttemperaturen
    • Mycket konservativa konstruktionsregler används vanligen vid utvärderingen av gasturbinblad, vilket leder till extra konstruktionsarbete och onödig materialanvändning
    • Med hjälp av verkliga driftscykler och fe-safe/TURBOlife kan användaren göra mycket exakta uppskattningar av livslängden, vilket möjliggör omfattande konstruktionsoptimering och förlängning av livstiden

 

  • Kompressorhjul
    • Kompressorhjul med aluminiumlegering går ofta sönder på grund av att de stöter i höljet till följd av kryptöjning vid höga temperaturer, eller av sprickinitiering till följd av ackumulerad cyklisk kryputmattning
    • Den största felmekanismen fastställdes i förstörande provning i form av krypprovning i förhållanden med olika belastning
    • I analyser av testförhållandena med fe-safe/TURBOlife fastställdes att sannolikheten för kryputmattningsbrott var mycket låg, och att den beräknade kryptöjningen motsvarade mätningarna väl
    • fe-safe/TURBOlife fastställde att det var kryptöjning snarare än kryputmattning som orsakade brott, vilket gjorde att konstruktörerna kunde fokusera på den effektivaste metoden för att förlänga kompressorhjulets livslängd