Journal of Aerospace System Engineering (항공우주시스템공학회지)

The Society for Aerospace System Engineering (항공우주시스템공학회)
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Turbine Case Containment Capability Evaluation Using Finite Element Analysis

유한요소해석을 이용한 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가

  • Jun-woo Baek (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ;
  • Sang-woo Kim (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ;
  • Soo-yong Lee (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University)
  • 백준우 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학과) ;
  • 김상우 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학과) ;
  • 이수용 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학과)
  • Received : 2023.07.12
  • Accepted : 2023.08.17
  • Published : 2023.10.31
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Abstract

In this study, we used finite element analysis to conduct a containment capability evaluation of a turbine case. When analyzing the impact behavior of structures subjected to impact loads, it is important to consider the strain rate, as it affects the increase in flow stress. Therefore, we applied three material models (Cowper-Symonds, Johnson-Cook, and Modified Johnson-Cook) for the impact analysis. To validate these material models, we performed an impact test on an aluminum 6061 plate. By comparing and analyzing the experimental and analytical results, we determined that the Modified Johnson-Cook material model exhibited the least error. As a result, we applied this material model to evaluate the containment capability of the turbine case. This evaluation involved determining the occurrence of penetration, as well as the stress and strain induced at the collision area due to the initial velocity of the blade.

본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가를 수행하였다. 충격 하중을 받는 구조물의 경우 변형률 속도가 증가함에 따라 유동 응력이 증가하기 때문에 충격 거동을 해석하기 위해서는 변형률 속도가 필수적으로 고려되어야 한다. 본 연구에서는 3가지 재료 모델(Cowper-Symonds, Johnson-Cook, Modified Johnson-Cook)을 충격 해석에 적용하고자 하였다. 해석에 적용된 재료 모델을 검증하기 위해서 알루미늄 6061 평판에 대한 충격 시험을 진행하였다. 실험과 해석 결과를 비교, 분석한 결과 Modified Johnson-Cook 모델이 가장 적은 오차를 보였다. 끝으로 해당 재료 모델을 터빈 케이스의 컨테인먼트 성능 평가에 적용하여 블레이드의 초기 속도에 따른 관통 여부와 충돌 부위에서 발생한 응력과 변형률을 제시하였다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 2023년도 산업통상자원부 및 산업기술평가관리원(KEIT)의 연구비 지원으로 수행되었음(과제번호 00256057, 터보팬 정지부 소재부품 인코넬 718 잉곳/단조품 제조 및 평가기술). 또한 이 논문은 2020년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (과제번호: 2022R1A6A1A03056784).

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