[논문]한 개의 크랙을 가진 회전하는 패킷 블레이드 시스템의 진동해석

권승민; 유홍희

doi:10.5050/ksnvn.2009.19.12.1244

한 개의 크랙을 가진 회전하는 패킷 블레이드 시스템의 진동해석
Modal Analysis of a Rotating Packet Blade System having a Crack 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.19 no.12 = no.153, 2009년, pp.1244 - 1251

권승민 (한양대학교 대학원 기계공학과) , 유홍희 (한양대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper the vibrational behavior of a multi-packet blade system having a cracked blade is investigated. Each blade is assumed as a slender cantilever beam. The coupling stiffness effect that originates from either disc flexibility or shroud is considered in the modeling. Hybrid deformation variables are employed to derive the equations of motion. The flexibility due to crack, which is assumed to be open during the vibration, is calculated basing on a fracture mechanics theory. In the paper, the results of the change in modal parameters due to crack appearance are presented. The influence of the crack parameters, especially of the changing location of the crack is examined.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 블레이드 임의의 순서와 위치에 크랙이 있는 회전하는 패킷 블레이드 시스템의 굽힘진동 해석모델링이 제시되었다. 이 모델링에서 크랙에 의한 효과를 고려하기 위해 1차 파괴모드만 고려하였다.

가설 설정

4는 하나의 크랙을 갖는 패킷 블레이드 시스템의 형상이다. 이 논문에서는 블레이드를 외팔보로, 디스크 및 쉬라우드의 연성 효과를 스프링으로 가정하였다. k_D 와 k_S 는 보 구조물 사이 디스크와 쉬라우드의 연성스프링 강성을, a 와 b 는 연성스프링의 연결된 위치를, x_c 는 크랙의 위치를 나타낸다.
이 논문에서는 블레이드를 외팔보로, 디스크 혹은 측판의 연성효과를 스프링으로 가정하였으며 외팔보에 존재하는 크랙의 깊이와 위치를 고려한 패킷 블레이드 시스템의 운동방정식을 유도하였다. 이 연구는 참고문헌 (8)에 제시된 굽힘진동 해석에 관한 모델링을 토대로 크랙의 깊이와 위치변화에 의한 패킷 블레이드 시스템의 진동특성 변화를 조사하였다는 점에 그 고유성을 갖는다.

제안 방법

패킷 블레이드 시스템의 수치해석을 위해 굽힘 방향 변위의 가상모드로 고정된 외팔보의 굽힘 진동모드를 적용하였으며 굽힘 방향에 대해 5개의 모드함수가 사용 되었다. 총 8개의 패킷, 48개의 블레이드로 구성된 시스템으로서 각 패킷에는 6개의 블레이드가 존재한다.

대상 데이터

이 연구는 참고문헌 (8)에 제시된 굽힘진동 해석에 관한 모델링을 토대로 크랙의 깊이와 위치변화에 의한 패킷 블레이드 시스템의 진동특성 변화를 조사하였다는 점에 그 고유성을 갖는다. 수치해석을 위한 예로는 Fig. 1에 나타난 바와 같이 8개 패킷으로(1 패킷 당 6개 블레이드) 구성된 모델이 사용되었다.
총 8개의 패킷, 48개의 블레이드로 구성된 시스템으로서 각 패킷에는 6개의 블레이드가 존재한다. 시스템의 고유진동수는 5개 그룹, 총 240개이며 한 그룹은 48개의 고유진동수로 이루어져 있다. Fig.

성능/효과

이 모델링에서 크랙에 의한 효과를 고려하기 위해 1차 파괴모드만 고려하였다. 또한 패킷 블레이드 시스템의 굽힘방향 지배방정식으로부터 유도된 일반해에 시스템의 경계조건과 연속조건을 적용하여 얻은 식의 특성방정식의 해를 구함으로써 고유진동수를 얻을 수 있었다. 제안된 크랙을 가진 외팔보 모델의 정확성은 참고문헌 (13)의 결과값들로 검증 되었다.
제안된 크랙을 가진 외팔보 모델의 정확성은 참고문헌 (13)의 결과값들로 검증 되었다. 크랙을 가진 회전하는 멀티 패킷 블레이드 계에서는 각각의 고유진동수들이 서로 갈라져서 변화하는 것을 알 수 있었으며 진동 국부화 현상이 나타나는 것을 알 수 있었다. 크랙의 위치에 상관없이 저차 모드에서는 크랙이 있는 블레이드에 진동이 집중되어 나타나는 것을 알 수 있었다.
5로 증가시켜가면서 외팔보의 첫 번째 고유진동수 값들을 참고문헌의 결과와 비교한 것이다. 크랙의 위치가 고정단에 가깝고 크랙의 크기가 클수록 고유진동수는 더 작아지는 것을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	회전하는 주기적 순환 구조물의 형태를 가진 공학적 예제는?	회전하는 주기적 순환 구조물의 형태를 가진 공학적 예제는 터빈 블레이드, 항공기 회전익, 터보엔진의 홴 등이 있다. 이러한 순환 구조물들은 디스크에 고정단을 갖는 외팔보 형태의 블레이드들로 구성되며 디스크와 측 판의 쉬라우드의 강성으로 인하여 블레이드간 연성효과를 야기한다.
	순환 구조 시스템의 적절한 설계를 위해 요구되는 것은?	이는 크랙이 없는 단일 블레이드의 동적 특성과 달라지며 블레 이드간의 연성효과와 크랙으로 인해 고유진동특성의 변화로 연계된다. 따라서 이러한 순환 구조 시스템의 적절한 설계를 위해선 그 동적 특성을 정확히 예측할 수 있는 해석방법이 요구된다.
	회전하는 주기적 순환 구조물이 블레이드간 연성효과를 야기하는 이유는?	회전하는 주기적 순환 구조물의 형태를 가진 공학적 예제는 터빈 블레이드, 항공기 회전익, 터보엔진의 홴 등이 있다. 이러한 순환 구조물들은 디스크에 고정단을 갖는 외팔보 형태의 블레이드들로 구성되며 디스크와 측 판의 쉬라우드의 강성으로 인하여 블레이드간 연성효과를 야기한다. 이 중 터빈 블레이드나 항공기 회전익과 같이 회전하는 외팔보 형태의 구조물의 경우 결함에 따라 진동특성이 변화하게 된다.

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