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Explicit analysis using time-dependent damping simulation of one-sided laser shock peening on martensitic steel turbine blades
SIMULATION ( IF 1.6 ) Pub Date : 2020-09-10 , DOI: 10.1177/0037549720954272 Festus Fameso 1 , Dawood Desai 1
SIMULATION ( IF 1.6 ) Pub Date : 2020-09-10 , DOI: 10.1177/0037549720954272 Festus Fameso 1 , Dawood Desai 1
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Down-times from the in-service failure of power plant components, such as turbine blades, portend dire impacts and consequences in the form of huge financial losses. The susceptibility of steam turbine blades to failure is now being reduced by a novel technique, laser shock peening (LSP), which induces compressive layers through the surface of the blades. Current simulation studies of LSP employing conventional methods are indeed computationally expensive and time-consuming. Hence, this paper explores an alternative numerical modeling technique to investigate the economic parameters of residual stresses induced in martensitic steel turbine blades when subjected to LSP treatment. An explicit simulation method of analysis, using commercial finite-element software, which employs time-dependent damping, is presented. The study shows that this technique is time-efficient compared with the conventional explicit-implicit methods commonly used for such simulations. It is interesting to note that the results indicate that up to 500 MPa of induced compressive stress of layers reaching 1 mm in depth can be obtained. Encouragingly, these results correlate well with previous experimental studies, lending credence to the method’s validity. The technique employed hence offers solutions for timely, non-destructive, methodical maintenance and improvement of the mechanical properties of turbine blades, in the quest to reduce the risks of their in-service failure, as well as lengthening of their service life.
中文翻译:
使用瞬态阻尼模拟对马氏体钢涡轮叶片进行单面激光冲击强化的显式分析
发电厂部件(例如涡轮叶片)在使用中故障造成的停机时间,预示着可怕的影响和以巨大经济损失形式出现的后果。现在,通过一种新技术,即激光冲击强化 (LSP),可以在叶片表面产生压缩层,从而降低蒸汽涡轮叶片对故障的敏感性。目前采用传统方法的 LSP 模拟研究确实在计算上昂贵且耗时。因此,本文探索了一种替代的数值建模技术,以研究经过 LSP 处理时马氏体钢涡轮叶片中引起的残余应力的经济参数。介绍了一种使用商业有限元软件的显式模拟分析方法,该软件采用了瞬态阻尼。研究表明,与通常用于此类模拟的传统显式隐式方法相比,该技术具有时间效率。有趣的是,结果表明,深度达到 1 mm 的层可以获得高达 500 MPa 的诱导压应力。令人鼓舞的是,这些结果与之前的实验研究密切相关,证明了该方法的有效性。因此,所采用的技术为及时、无损、有条不紊地维护和改善涡轮叶片的机械性能提供了解决方案,以期降低其在役故障的风险,并延长其使用寿命。有趣的是,结果表明,深度达到 1 mm 的层可以获得高达 500 MPa 的诱导压应力。令人鼓舞的是,这些结果与之前的实验研究密切相关,证明了该方法的有效性。因此,所采用的技术为及时、无损、有条不紊地维护和改进涡轮叶片的机械性能提供了解决方案,以期降低其在役故障的风险,并延长其使用寿命。有趣的是,结果表明,深度达到 1 mm 的层可以获得高达 500 MPa 的诱导压应力。令人鼓舞的是,这些结果与之前的实验研究密切相关,为该方法的有效性提供了可信度。因此,所采用的技术为及时、无损、有条不紊地维护和改善涡轮叶片的机械性能提供了解决方案,以期降低其在役故障的风险,并延长其使用寿命。
更新日期:2020-09-10
中文翻译:
使用瞬态阻尼模拟对马氏体钢涡轮叶片进行单面激光冲击强化的显式分析
发电厂部件(例如涡轮叶片)在使用中故障造成的停机时间,预示着可怕的影响和以巨大经济损失形式出现的后果。现在,通过一种新技术,即激光冲击强化 (LSP),可以在叶片表面产生压缩层,从而降低蒸汽涡轮叶片对故障的敏感性。目前采用传统方法的 LSP 模拟研究确实在计算上昂贵且耗时。因此,本文探索了一种替代的数值建模技术,以研究经过 LSP 处理时马氏体钢涡轮叶片中引起的残余应力的经济参数。介绍了一种使用商业有限元软件的显式模拟分析方法,该软件采用了瞬态阻尼。研究表明,与通常用于此类模拟的传统显式隐式方法相比,该技术具有时间效率。有趣的是,结果表明,深度达到 1 mm 的层可以获得高达 500 MPa 的诱导压应力。令人鼓舞的是,这些结果与之前的实验研究密切相关,证明了该方法的有效性。因此,所采用的技术为及时、无损、有条不紊地维护和改善涡轮叶片的机械性能提供了解决方案,以期降低其在役故障的风险,并延长其使用寿命。有趣的是,结果表明,深度达到 1 mm 的层可以获得高达 500 MPa 的诱导压应力。令人鼓舞的是,这些结果与之前的实验研究密切相关,证明了该方法的有效性。因此,所采用的技术为及时、无损、有条不紊地维护和改进涡轮叶片的机械性能提供了解决方案,以期降低其在役故障的风险,并延长其使用寿命。有趣的是,结果表明,深度达到 1 mm 的层可以获得高达 500 MPa 的诱导压应力。令人鼓舞的是,这些结果与之前的实验研究密切相关,为该方法的有效性提供了可信度。因此,所采用的技术为及时、无损、有条不紊地维护和改善涡轮叶片的机械性能提供了解决方案,以期降低其在役故障的风险,并延长其使用寿命。