Výpočet životnosti součásti pomocí vibrační únavy v časové a ve frekvenční oblasti
Loading...
Date
Authors
Klimeš, Henrich
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá výpočtem vibrační únavy v časové a frekvenční oblasti. První část práce se věnuje rešerši metod a výpočetních technik, které jsou nezbytné pro stanovení únavové životnosti při vibračním zatížení. Následně byl vytvořen výpočtový model lopatky turbíny pomocí metody konečných prvků v prostředí ANSYS. Je provedena modální analýza, na kterou navazuje transientní analýza s časově proměnným buzením a analýza náhodných vibrací využívající výkonovou spektrální hustotu zrychlení (PSD). Pro výpočet únavové životnosti v časové oblasti je použita metoda Rainflow v kombinaci s Palmgren–Minerovým pravidlem. Ve frekvenční oblasti jsou využity spektrální metody jako Dirlik, Tovo–Benasciutti a narrow-band. Výpočty jsou realizovány pomocí knihovny FLife v jazyce Python. Součástí práce je také experimentální měření, při kterém byla lopatka vystavena vibracím až do vzniku trhliny. Na základě získaných výsledků je porovnána přesnost obou výpočetních přístupů.
This thesis focuses on the calculation of vibration fatigue in both the time and frequency domains. The first part of the work presents a review of methods and computational techniques necessary for determining fatigue life under vibrational loading. Subsequently, a finite element model of a turbine blade was created in the ANSYS environment. A modal analysis was carried out, followed by a transient analysis with time varying excitation and a random vibration analysis using the power spectral density (PSD) of acceleration. To calculate fatigue life in the time domain, the Rainflow method was applied in combination with the Palmgren–Miner rule. In the frequency domain, spectral methods such as Dirlik, Tovo–Benasciutti, and the Narrowband approximation were used. The calculations were performed using the FLife library in the Python programming language. The work also includes an experimental measurements in which the blade was subjected to vibrations until a crack developed. Based on the obtained results the accuracy of both computational approaches was compared.
This thesis focuses on the calculation of vibration fatigue in both the time and frequency domains. The first part of the work presents a review of methods and computational techniques necessary for determining fatigue life under vibrational loading. Subsequently, a finite element model of a turbine blade was created in the ANSYS environment. A modal analysis was carried out, followed by a transient analysis with time varying excitation and a random vibration analysis using the power spectral density (PSD) of acceleration. To calculate fatigue life in the time domain, the Rainflow method was applied in combination with the Palmgren–Miner rule. In the frequency domain, spectral methods such as Dirlik, Tovo–Benasciutti, and the Narrowband approximation were used. The calculations were performed using the FLife library in the Python programming language. The work also includes an experimental measurements in which the blade was subjected to vibrations until a crack developed. Based on the obtained results the accuracy of both computational approaches was compared.
Description
Citation
KLIMEŠ, H. Výpočet životnosti součásti pomocí vibrační únavy v časové a ve frekvenční oblasti [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2025.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Inženýrská mechanika
Comittee
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (člen)
prof. Ing. Jan Vimmr, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Michal Kotoul, DrSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Hutař, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jaroslav Zapoměl, DrSc. (člen)
Ing. Jaroslav Suchánek (člen)
Ing. Michal Vajdák (člen)
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D. (místopředseda)
Date of acceptance
2025-06-10
Defence
Student ve vymezeném čase prezentoval svoji závěrečnou práci. Poté byly předneseny posudky a zodpovězeny dotazy oponenta. Následně byly pokládány další otázky vztahující se k diplomové práci:
Jaká byla tloušťka stěny v kritickém místě?
Z jakého materiálu byla lopatka vyrobena?
Jak jste dospěl k poměrnému útlumu?
Kolik vlastních tvarů je potřeba uvažovat v metodě lineární superpozice?
Po zodpovězení všech dotazů bylo vystoupení hodnoceno jako velmi dobré.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení