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A small‐scale creep test for calibrating an efficient lifetime model for high pressure turbine blades

Ein miniaturisierter Kriechversuch zur Kalibrierung eines effizienten Lebensdauermodells für Hochdruckturbinenschaufeln

  • Jet engines of airplanes are designed such that in some components damage occurs and accumulates in service without being critical up to a certain level of damage. Since maintenance, repair, and component exchange are very cost-intensive, it is necessary to predict efficiently the component lifetime with high accuracy. A former developed lifetime model, based on interpolated results of aerodynamic and structural mechanics simulations, uses material parameters estimated from literature values of standard creep experiments. For improved accuracy, an experimental procedure is developed for the characterization of the short-time creep behavior, which is relevant for the operation of turbine blades of jet engines. To consider microstructural influences resulting from the manufacturing of thin-walled single crystal turbine blades, small-scale specimens from used turbine blades are extracted and tested in short- and medium-time creep experiments. Based on experimental results and literature values, a creep model, which describes the fracture behavior for a wide range of creep loads, is calibrated and is now used for the lifetime prediction of turbine blades under real loading conditions.
  • Flugzeugtriebwerke sind so ausgelegt, dass in einigen Komponenten während des Betriebs Schädigungen auftreten und akkumulieren können, ohne dass diese kritisch werden. Wegen der hohen Kosten von Wartung, Reparatur und Austausch ist es notwendig, die Lebensdauer der Komponenten möglichst effizient und genau vorherzusagen. Ein vorab entwickeltes Lebensdauermodell, welches auf interpolierten Ergebnissen von aerodynamischen und strukturmechanischen Simulationen basiert, nutzt in der Literatur verfügbare Daten aus Standard-Kriechversuchen. Um die Genauigkeit der Lebensdauervorhersage zu verbessern, wird eine Versuchstechnik zur experimentellen Charakterisierung des betriebsrelevanten Kurzzeit-Kriechverhaltens entwickelt. Mikrostrukturelle Einflüsse aus der Herstellung der dünnwandigen einkristallinen Turbinenschaufeln werden berücksichtigt, indem die Proben für die Kriechversuche aus gebrauchten Turbinenschaufeln extrahiert werden. Mit den Daten von Kriechversuchen mit kurzen bzw. mittleren Standzeiten wird nun das Lebensdauermodell kalibriert, so dass für einen weiten Bereich von Kriechlasten das Bruchverhalten von Turbinenschaufeln unter Betriebsbedingungen erfasst wird.

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Metadaten
Document Type:Article
Language:English
Author:C. Dresbach, J. Wischek, M. Bartsch, T. Prien
Parent Title (English):Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Volume:53
Issue:4
Number of pages:9
First Page:440
Last Page:448
ISSN:0933-5137
URN:urn:nbn:de:hbz:1044-opus-61937
DOI:https://doi.org/10.1002/mawe.202100347
Publisher:Wiley-VCH
Place of publication:Weinheim
Publishing Institution:Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Date of first publication:2022/04/07
Copyright:© 2022 The Authors. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik published by Wiley-VCH GmbH. This is an open access article under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial NoDerivs License
Funding:Lufthansa Technik funded the experimental study. The lifetime prediction approach was funded by the German Federal Ministry of Economics and Technology embedded in the project “Advanced Prediction Of Severity Effects on Engine Maintenance“ (APOSEM) of the research framework “Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo)” under the funding code 20T1308. Open access funding enabled and organized by Projekt DEAL.
Keyword:Gasturbinenschaufel; Kriechen; Lebensdauervorhersage; Mechanische Prüfung; Nickelbasis-Superlegierung
Nickel-based superalloy; creep; gas turbine blade; lifetime prediction; mechanical testing
Departments, institutes and facilities:Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften
Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE)
Dewey Decimal Classification (DDC):6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Entry in this database:2022/04/22
Licence (German):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International