Valutazione della durata a fatica di dischi per turbine a gas tramite prove sperimentali e modelli di propagazione in campo elastoplastico

The assessment of the acceptability of defects within compressor/turbine disks of a gas turbine is strongly influenced by thermomechanical stress to which different parts of several disks are subjected. The present thesis deals with the stress conditions typical of two specific situations identified among the overall possibilities, in order to investigate them experimentally. The first case considered corresponds to ’igh gradients of mechanical stress with negligible thermal stresses, a condition identifiable at blade attachment of the first compressor disks; the experimental part consists of ad hoc tests, analysed using current crack propagation models in the elastic range basing on elastic-plastic and elastic FEM results. The second case considered is characterized by uniform mechanical stress at high operating temperatures, the typical loading condition of the hub of the turbine disks; the experimental approach was based on LCF tests at high temperature, analyzed with elasto-plastic propagation models.

La problematica dell’accettabilità dei difetti all’interno dei dischi tubina/ compressore di un turbogas è fortemente influenzata dalle sollecitazioni termomeccaniche a cui diverse zone di diversi dischi sono sottoposti. Nel presente lavoro si sono studiate le condizioni di sforzo presenti in due situazioni particolari identificate tra le molteplici possibili, allo scopo di indagarle in maniera sperimentale. Il primo caso considerato corrisponde a elevati gradienti di sforzo meccanico con sollecitazioni termiche trascurabili, condizione identificabile all’ancoraggio paletta dei primi dischi compressore; tale condizione è stata analizzata mediante prove sperimentali ad hoc, interpretate alla luce dei modelli di proapagazione in campo elastico a partire da simulazioni FEM elasto-plastiche e elastiche. Il secondo caso esaminato è caratterizzato da sforzi meccanici uniformi a elavata temperature di esercizio, condizione tipica della zona del mozzo dei dischi turbina; l’approcio sperimentale si è basato su prove LCF in temperatura, analizzati tramite i modelli di propagazione in campo elasto-plastico.