NiCoCrAlY+YSZ ile kaplanmış kanatçıklı diskin dinamik sonluelemanlar analizi ve toplu parametreli sistem ile modellenmesi

Abstract

Günümüzde havacılık sektörü her geçen gün hızla gelişmekte ve ortaya çıkan yeni üretim yöntemleriyle kullanılan teknolojinin sürekli olarak ilerlemesi üzerine çalışmalar devam etmektedir. Bu tez çalışmasında, havacılık endüstrisinin üzerine çalıştığı araştırma ve geliştirme faaliyetlerinin bir hedefi olan hafif, dayanıklı, etkili uçak yapılarının tasarımı ve analizine yönelik bir çalışma ele alınmıştır. Bu bağlamda, türbin motorlarında kullanılan yüksek hızlı dönen yüzeylere sahip entegre kanat ve disk yapıları olan kanatçıklı diskler, hava taşıtlarının performansını doğrudan etkileyen önemli bileşenler arasında yer almaktadır. Ancak, kanatçıklı diskler gibi bileşenlerde meydana gelen düzensizlikler, yapısal kusurları etkileyebilmekte ve hatta titreşim davranışlarını değiştirebilmektedir. Bu yapısal düzensizlikle; malzemeden kaynaklı düzensizlikler, üretim prosedürleri ve kullanım sırasında meydana gelen hasarlar gibi çeşitli faktörlerden kaynaklanabilmektedir. Bu nedenle, kanatçıklı diskler (blisk)'lerin doğal frekanslarını belirlemek ve bozulmaların bu frekansları nasıl etkilediğini anlamak son derece önemlidir. Bu çalışmada, kaplanmış kanatlı bir diskin dinamik davranışını analiz etmek ve modellemek için toplu parametreli sistem kullanılmıştır. Parametreli sistemde, öncelikle sektörel bağlamda ilgili model kurulup devamında toplu parametre modeli ile sistem geneli incelenmiştir. İlerleyen aşamalarda çözüm yöntemine dair geliştirmede bulunulup mevcuttaki toplu parametreli sistemin serbestlik dereceleri arttırılmış ve çıkan sonuçlar sonlu elemanlar çözümü ile karşılaştırılarak sistemin optimizasyonu ve daha detaylı bir çözümleme tekniği ele alınmıştır. Ayrıca, bu çalışma blisklerde meydana gelen düzensiz titreşimlerin sert kaplamalar aracılığıyla düşürülmesi ve literatürdeki analitik çözüm yöntemlerine alternatif bir çözüm sunma amacını taşımaktadır. Sistemin doğal frekans değerlerinin incelenmesi ve analitiksonlu elemanlar çözümleri arasındaki hata paylarının yeni parametreli sistem ile azaltılması hedeflenmektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, ilgili literatürde yapılan çalışmalar detaylı bir şekilde incelenmiş ve elde edilen bulgular, tezin yönünü belirlemede önemli bir rehberlik sağlamıştır. Ardından, kanatçıklı diskin çözümlemesinin temelini oluşturan sayısal analiz ve sonlu elemanlar model aşamaları için kullanılan yazılımların yöntem ve teknikleri detaylı bir şekilde açıklanmıştır. Teorik bilgilerin edinilmesinden sonra, sonlu elemanlar simülasyon çalışmaları için sıklıkla tercih edilen bir dinamik analiz yazılımında kanatçıklı diske ait katı cisim geometrisine paralel ilgili parçanın önceden belirlenmiş sınır koşulları altında dinamik frekans analizi kurulumu gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda, analitik sistem modeli kurulmuş ve çözüm için gerekli parametrelerin elde edilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır ve ilgili sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen veriler, yeni oluşturulan toplu kütle modeliyle sonlu elemanlar modelinden gelen sonuçların uyumlu olduğunu göstermiştir. Sayısal ve dinamik sistem çözümlemelerine ait sonuçlar ayrı bir bölümde detaylı bir şekilde paylaşılmıştır. Çalışmanın son bölümünde, genel bir değerlendirme yapılmış ve gelecekte yapılacak çalışmalar için öneriler sunulmuştur. Yapılan çalışma, kanatçıklı disklerde meydana gelen düzensiz titreşimlerin analizine ve sistem karakteristiklerinin incelenmesine yönelik bir katkı sunulması hedeflemektedir. Ayrıca, geliştirilmiş toplu parametreli sistem analitik ve sonlu elemanlar çözümleri arasındaki hata paylarını azaltma potansiyelini göstermektedir.