Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.3
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pp.297-304
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2012
For the assessment of the performance of a wind-turbine blade, a simulated loading test may be required. In this study, the blade behavior was investigated through numerical analysis using a dual-axis loading test, closely simulating the real operation conditions. The blade structure for the 100-kW-class wind-turbine system was modeled using the finite element (FE) program ANSYS. The failure criteria and buckling analysis under dual-axis loading were examined. The failure analysis, including fiber failure and inter-fiber failure, was performed with Puck's failure criterion. As the dual-axis load ratio increases, the relatively increased stress occurs at the trailing edge and skin surface 3300-3600 mm away from the root. Furthermore, it is revealed that increasing the dual-axis load ratio makes the location that is weakest against buckling move toward the root part. Thus, it is seen that the dual-axis load test may be an essential requirement for the verification of blade performance.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.10
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pp.806-813
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2018
The fracture of a turbine blade of aerospace engine is presented. Although there are a lot of causes and failure modes in blades, the main failure modes are two ways that fracture and fatigue. Degradation of blade material affects most failure modes. Total propagation of failure in this study specifies failure of fracture type. Some section appears fatigue mode. Especially since this study describes analysis of failure for blade in high temperature, it can be a case in point. Analysed blade is Ni super alloy. Investigations of blade are visual inspection, material, microstructure, high temperature stress rupture creep test, analysis and fracture surface, etc. The root cause for fracture was stress rupture due to abnormal thermal environment. Thermal property of Ni super alloy is excellent but if each chemical composition of alloys are different due to change mechanical properties, selection of material is very important.
한전에서 운영중인 사우디라빅발전소에서 저압터빈 블레이드가 파손되었다. 블레이드의 경우 터빈의 핵심부품으로서 증기를 활용하여 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는데 필수 부품이다. 반복적인 사고발생을 예방하기 위해 조직분석, 운전신호 분석등을 활용하여 원인을 규명하였고, 대책을 제시하였다.
Kim, Do-Won;Jeong, Gyu;Lim, Jae Hyuk;Lim, Jun-Woo;Yu, Byeong-Min;Lee, Kil-Sung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.2
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pp.66-75
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2018
In this paper, a lightweight design of the spar cap of 2MW wind turbine blade was carried out using the ply reduction ratio (PRR) and CFRP with a trade-off study. The spar cap is one of the most critical factor in determining the mechanical performance of the blade. Tsai-Wu and Puck fracture theory were used to determine the fracture. As a result, the CFRP composite material could be lighter in terms of weight by about 30% than GFRP composite material under the same conditions. Based on the analytical results, we derive the optimal value of the laminate thickness of the composite material and present the structural performance improvement and the lightweight design result.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.7
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pp.1222-1230
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2022
The rotor blade is an important component of a tidal stream turbine and is affected by a large thrust force and load due to the high density of seawater. Therefore, the performance must be secured through the geometrical and structural design of the blade and the blade structural safety to which the composite material is applied. In this study, a 1 MW class large turbine blade was designed using the blade element momentum (BEM) theory. GFRP is a fiber-reinforced plastic used for turbine blade materials. A sandwich structure was applied with CFRP to lay-up the blade cross-section. In addition, to evaluate structural safety according to flow variations, static load analysis within the linear elasticity range was performed using the fluid-structure interactive (FSI) method. Structural safety was evaluated by analyzing tip deflection, strain, and failure index of the blade due to bending moment. As a result, Model-B was able to reduce blade tip deflection and weight. In addition, safety could be secured by indicating that the failure index, inverse reserve factor (IRF), was 1 or less in all load ranges excluding 3.0*Vr of Model-A. In the future, structural safety will be evaluated by applying various failure theories and redesigning the laminated pattern as well as the change of blade material.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.423-428
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2016
The last stage blades of a low pressure (LP) turbine get frequently fractured because of stress corrosion cracking. This is because they operate in a severe corrosive environment that is caused by the impurities dissolved in condensed steam and high stress due to high speed rotation. To improve the reliability of the blades under severe conditions, 12% Cr martensitic stainless steel, having excellent corrosion resistance and higher strength, is widely used as the blade material. This paper shows the result of root cause analysis on a blade which got fractured suddenly during normal operation. Testing of mechanical properties and microstructure examination were performed on the fractured blade and on a blade in sound condition. The results of testing of mechanical properties of the fractured blade showed that the hardness were higher but impact energy were lower, and were not meeting the criteria as per the material certificate specification. This result showed that the fractured blade became embrittled. The branch-type crack was found to have propagated through the grain boundary and components of chloride and sulfur were detected on the fractured surface. Based on these results, the root cause of fracture was confirmed to be stress corrosion cracking.
Park, Jung-Sun;Lee, Soo-Yong;Kim, Jong-Un;Lee, An-Sung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.8
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pp.103-111
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2002
Steady-state creep analysis of power generation turbine blade is carried out considering thermal loads and centrifugal forces. Creep strains and stresses of the turbine blade are calculated for 3-D finite clement model of the turbine blade. From the numerical results, creep life of the turbine blade is predicted. The results of creep analysis during about 200 hours indicate that creep strains of the turbine blade do not reach the rupture strain of GTD111. Creep stresses of the turbine blade are relaxed as time increases. Maximum creep strain occurs at the tip section of the airfoil pressure surface. The maximum creep strain of the turbine blade is expected close to the rupture strain after 50,000 hours approximately. The turbine blade may not have creep damage for the starting procedure of the turbine.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.5
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pp.465-475
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2012
This study was carried out with two goals. One was the development of a model of a wind turbine blade airfoil and the other was the application of this folding blade. In general, in large-sized (MW) wind turbines, damage is prevented because of the use of a pitch control system. On the other hand, pitch control is not performed in small wind turbines since equipment costs and maintenance costs are high, and therefore, the blade will cause serious damage. The wind turbine proposed in this study does not require maintenance, and the blades do not break during high winds because they are folded in accordance with changes in the wind speed. But generators are not cut-out, while maintaining a constant angle will continue to produce. The focus of this study, the wind turbine is continued by folding blade system in strong winds and gusts without stopping production.
The blade failures are identified as the leading cause of unplanned outages for steam turbine. Most investigations of the failures are limited to material tests, chemical analysis of deposits, and possibly examination of material specimens. But to correct a blading problem requires more than positive identification of the mechanisms involved. An analytic procedure capable of predicting stress and dynamic characteristics of turbine blades is presented to increase steam turbine availability by decreasing blade failures. Finite element method is used to model and predict natural frequencies, steady and dynamic stresses of turbine blades. The procedure is illustrated by the case study. This procedure is used to guide, and support the plant manager's decision to avoid a costly, unplanned outage
Park, Shin-Mu;Noh, Hong-Kyun;Lim, Jae Hyuk;Choi, Yun-Hyuk
Composites Research
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v.34
no.6
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pp.337-344
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2021
In this study, the progressive failure behavior of the composite fan blade dovetail element under tensile loading is numerically investigated through finite element(FE) simulation. The accuracy of prediction by FE simulation is verified through tensile testing. The dovetail element is one of the joints for coupling the fan blade with the disk in a turbofan engine. The dovetail element is usually made of a metal material such as titanium, but the application of composite material is being studied for weight reduction reasons. However, manufacturing defects such as drop-off ply and resin pocket inevitably occur in realizing complex shapes of the fan blade made by composite materials. To investigate the effect of these manufacturing defects on the composite fan blade dovetail element, we performed numerical simulation with FE model to compare the prediction of the FE model and the tensile test results. At this time, the cohesive zone model is used to simulate the delamination behavior. Finally, we found that FE simulation results agree with test results when considering thermal residual stress and through-thickness compression enhancement effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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