臺灣博碩士論文加值系統

榫頭/榫槽連接結構在發動機渦輪葉片的應用非常廣泛。隨著渦輪發動機高速運轉，渦輪葉片根部會因為離心力和熱變形而產生高應力。因此，對榫頭/榫槽結構進行研究，建立設計的方法是非常重要的。好的榫頭/榫槽的形狀設計能使應力分佈更均勻，將降低損壞的風險。本研究主要目的為使用數值方法進行渦輪葉片鳩尾型(dovetail)及樅樹型(fir-tree)榫接結構的形狀設計分析，首先使用ANSYS分析軟體進行2D形狀最佳化設計，接下來進行3D單向流固耦合分析。比較原始模型與最佳化模型分析所得到的結果，應力明顯的減少。鳩尾型榫接結構最佳解構型之最大等效應力下降了14.4%，而在發動機工作環境下，其等效應力也下降了3.5%。樅樹型榫接結構最佳解構型之最大等效應力下降了18.4%，而在發動機工作環境下，其等效應力也下降了2.7%。

Tenon-Mortise joint structure is widely used in turbine engine. As the turbine blade rotating in high speed, the centrifugal force and thermal deformation will induce high stress on the root of the turbine blade. Therefore, it is important to design a good Tenon-Mortise joint structure. A good shape design of Tenon-Mortise joint will distribute the stress more uniformly, and thus reduce the risk of structural failure. This thesis presented to design and analysis the shape of dovetail and fir-tree Tenon-Mortise joint with numerical simulation. First, the 2D shape of the joint is optimized by ANSYS and then the 3D one-way fluid-structure interaction is further analyzed. The results show a significant reduce in structural stress in the optimized model. For dovetail model, the maximum stress is reduced by 14.4%, and the stress is reduced by 3.5% when turbine is running in working environment. For fir-tree model, the maximum stress reduces by 18.4%, and the stress is reduced by 2.7% when the turbine is running in working environment.

目次

摘要 i
Abstract ii
目次 iii
圖 目次 v
表 目次 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 文獻探討 3
第二章 理論基礎 5
2.1鳩尾型榫接結構受力情形介紹 5
2.2樅樹型榫接結構受力情形 8
2.3流場統御方程式 13
2.4數值方法 17
2.5流固耦合分析 18
2.6 結構力學基礎理論 19
第三章 鳩尾型榫接結構研究 22
3.1初步設計 22
3.2最佳化設計 29
3.3葉片/葉盤3D模型建立 31
3.4結構分析 33
第四章 樅樹型榫接結構研究 38
4.1初步設計 38
4.2最佳化設計 46
4.3葉片/葉盤3D模型建立 49
4.4 CFX熱流分析 51
4.5結構分析 59
第五章結論 70
參考文獻 71

參考文獻
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