Modern trends in the global economy

Gas turbine operating cycles at high temperatures often consist of load reversals mixed with hold times; the latter occurring either as cruise for aero engines or at continuous power output for land based turbines, but also at low frequency loading conditions, e.g. slow “ramp up” of engine thrust. The hold time conditions cause the crack to grow by intergranular fracture due to material damage near the crack tip, thus rapidly increasing the crack growth rate. Since the damaged zone will affect the crack propagation rate due to cyclic loadings as well, the complete load history of a component therefore has to be considered. The crack propagation model presented in this paper is based on the damaged zone concept, and considers the history effect in the form of damaged zone build up during hold times, and subsequent destruction as the crack propagates onwards by rapidly applied load reversals. By incorporating crack closure for handling different R-values, an aero engine component spectrum is evaluated for a surface crack at 550 C. The result shows a good correlation to model simulation, despite the complexity of the load spectrum

THE EFFECT OF NOTCHES ON THE FATIGUE LIFE OF A NICKEL-BASE GAS TURBINE DISK MATERIAL

Gas turbine disks carry significant load under high temperatures and may be subject to fatigue failure. Disks contain several notches in the form of the fir tree blade attachments. Low cycle fatigue tests were performed on blunt notch compact tension specimens made from alloy 718. The results indicated that notch support needed to be incorporated not to cause an overly conservative life prediction. The notch support diminished as the plastic strain range decreased, indicating that notch support is only present in the low cycle fatigue regime. A critical distance approach was applied to account for the notch support. An equation relating the critical distance to the notch root stress was derived. The chosen life model was formulated in terms of a variation on the Smith–Watson–Topper (SWT) parameter. The modified SWT parameter taken at the critical distance was used in a life model calibrated for smooth specimens to successfully predict the fatigue life of notched specimens

Crack Length Evaluation for Cyclic and Sustained Loading at High Temperature Using Potential Drop

Crack length evaluations for cyclic loading and sustained loading at high temperature and a mix of both have been conducted on Inconel 718 surface crack specimens at 550 C-a similar to. The choice of method for evaluating the crack length is seen to have a non-negligible impact on the resulting crack propagation rate values. In this paper, some aspects regarding how to evaluate such testing when using the potential drop technique are presented, with the aim of giving a firm explanation on how to proceed for the best possible result.Funding Agencies|Swedish Energy Agency; Siemens Industrial Turbomachinery AB; GKN Aerospace Engine Systems; Royal Institute of Technology through the Swedish research programme TURBO POWER</p

Procedures for handling computationally heavy cyclic load cases with application to a disc alloy material

The computational efficiency in analysing cyclically loaded structures is a highly prioritised issue for the gas turbine industry, as a cycle-by-cycle simulation of e.g. a turbine disc is far too time consuming. Hence, in this paper, the efficiency of two different procedures to handle computational expansive load cases, a numerical extrapolation and a parameter modification procedure, are evaluated and compared to a cycle-by-cycle simulation. For this, a local implementation approach was adopted, where a user-defined material subroutine is used for the cycle jumping procedures with good results. This in contrast to a global approach where the finite element simulation is restarted and mapping of the solution is performed at each cycle jump. From the comparison, it can be observed that the discrete parameter modification procedure is by margin the fastest one, but the accuracy depends on the material parameter optimisation routine. The extrapolation procedure can incorporate stability and/or termination criteria.Funding Agencies|Cleansky [686600]</p

Kamratutvärdering i kurser med stort datorlaborativt inslag

De mångfacetterade krav som idag ställs på yrkesverksamma högskole- och civilingenjörer handlar inte enbart om rena ämnesmässiga kunskaper och förmågor, utan även om t.ex. erfarenhet och förmåga att delta i och leda projekt samt (kopplat till detta) kommunikativ skicklighet (såväl muntlig som skriftlig). En annan uppgift som yrkesverksamma ingenjörer måste kunna bemästra i sin profession är att (individuellt, eller som medlemmar i olika typer av styrgrupper) bedöma och utvärdera andras ingenjörsmässiga arbete, en oerhört central uppgift i ett projekt- och kvalitetssäkringsperspektiv. Det övergripande syftet med arbetet har varit att studera hur kamratbedömning kan implementeras i redan existerande kurser, för att på så sätt ge de studerande möjlighet att träna på att ge och ta emot kritisk bedömning, att förbättra de studerandes lärande via ett större aktivt engagemang under kursen samt att se om potential finns att effektivisera undervisningen m.a.p. lärarinsatsen, genom att lyfta över en del av enklare rutinkontroller till de studerande själva. Kamratbedömning har implementerats i två sinsemellan likartade kurser inom beräkningsmekanik vid högskole- resp. civilingenjörsprogrammen i Maskinteknik, LiTH (600 studenter ingick i studien). Mer specifikt har till två enklare inledande laborationsuppgifter inkluderats ett moment av kamratbedömning. Utvärderingen av det genomförda arbetet har skett via en kvalitativ studie, där de studerandes perspektiv/synpunkter inhämtats i samband med skriftlig redovisning av inlämningsuppgifter. Utöver detta har den kursansvarige gjort observationer av hur kamratutvärderingsarbetet fortskridit under laborationstid. Resultatet visar att de studerande har uppskattat granskningen av såväl det egna som kamraternas arbeten, och att de sett det som ett led i lärandeprocessen. Även professionsperspektivet har lyfts fram där de studerande betonar vikten av moment och uppgifter i utbildningen som har en direkt relevans i det kommande yrkeslivet. Den kursansvariges bedömning är vidare att andelen ”viktiga” och ”relevanta” frågor ökat, vilket ger indikationer på att kamratbedömning kan vara en såväl pedagogiskt som effektivitetsmässigt gynnsam metodik. De studerande har dock upplevt logistiken/administrationen kring kamratvärderingen som i vissa avseenden besvärlig. Sammanfattningsvis är det vår slutsats att kamratbedömning har en stor potential att berika utbildningar m.a.p. förmåga till kritisk granskning, djupinlärning och effektivisering, men att verksamheten inte bara skall implementeras kursvis (med risk för suboptimering och ineffektivitet), utan att den bör inlemmas i ett större perspektiv, med progression genom utbildningen som riktmärke.Kamratutvärdering i kurser med stort datorlaborativt insla

Kamratutvärdering i kurser med stort datorlaborativt inslag

De mångfacetterade krav som idag ställs på yrkesverksamma högskole- och civilingenjörer handlar inte enbart om rena ämnesmässiga kunskaper och förmågor, utan även om t.ex. erfarenhet och förmåga att delta i och leda projekt samt (kopplat till detta) kommunikativ skicklighet (såväl muntlig som skriftlig). En annan uppgift som yrkesverksamma ingenjörer måste kunna bemästra i sin profession är att (individuellt, eller som medlemmar i olika typer av styrgrupper) bedöma och utvärdera andras ingenjörsmässiga arbete, en oerhört central uppgift i ett projekt- och kvalitetssäkringsperspektiv. Det övergripande syftet med arbetet har varit att studera hur kamratbedömning kan implementeras i redan existerande kurser, för att på så sätt ge de studerande möjlighet att träna på att ge och ta emot kritisk bedömning, att förbättra de studerandes lärande via ett större aktivt engagemang under kursen samt att se om potential finns att effektivisera undervisningen m.a.p. lärarinsatsen, genom att lyfta över en del av enklare rutinkontroller till de studerande själva. Kamratbedömning har implementerats i två sinsemellan likartade kurser inom beräkningsmekanik vid högskole- resp. civilingenjörsprogrammen i Maskinteknik, LiTH (600 studenter ingick i studien). Mer specifikt har till två enklare inledande laborationsuppgifter inkluderats ett moment av kamratbedömning. Utvärderingen av det genomförda arbetet har skett via en kvalitativ studie, där de studerandes perspektiv/synpunkter inhämtats i samband med skriftlig redovisning av inlämningsuppgifter. Utöver detta har den kursansvarige gjort observationer av hur kamratutvärderingsarbetet fortskridit under laborationstid. Resultatet visar att de studerande har uppskattat granskningen av såväl det egna som kamraternas arbeten, och att de sett det som ett led i lärandeprocessen. Även professionsperspektivet har lyfts fram där de studerande betonar vikten av moment och uppgifter i utbildningen som har en direkt relevans i det kommande yrkeslivet. Den kursansvariges bedömning är vidare att andelen ”viktiga” och ”relevanta” frågor ökat, vilket ger indikationer på att kamratbedömning kan vara en såväl pedagogiskt som effektivitetsmässigt gynnsam metodik. De studerande har dock upplevt logistiken/administrationen kring kamratvärderingen som i vissa avseenden besvärlig. Sammanfattningsvis är det vår slutsats att kamratbedömning har en stor potential att berika utbildningar m.a.p. förmåga till kritisk granskning, djupinlärning och effektivisering, men att verksamheten inte bara skall implementeras kursvis (med risk för suboptimering och ineffektivitet), utan att den bör inlemmas i ett större perspektiv, med progression genom utbildningen som riktmärke.Kamratutvärdering i kurser med stort datorlaborativt insla

Modelling of high temperature fatigue crack growth in Inconel 718 under hold time conditions

Inconel 718 is a frequently used material for gas turbine applications at temperatures up to 650 °C. The main load cycle for such components is typically defined by the start-up and shut-down of the engine. It generally includes hold times at high temperatures, which have been found to have a potential for greatly increasing the fatigue crack growth rate with respect to the number of load cycles. However, these effects may be totally or partly cancelled by other load features, such as overloads or blocks of continuous cyclic loading, and the actual crack propagation rate will therefore depend on the totality of features encompassed by the load cycle. It has previously been shown that the increased crack growth rate found in hold time experiments can be associated with a damage evolution, where the latter is not only responsible for the rapid intergranular crack propagation during the actual hold times, but also for the increased crack growth during the load reversals. In this paper, modelling of the hold time fatigue crack growth behaviour of Inconel 718 has been carried out, using the concept of a damaged zone as the basis for the treatment. With this conceptually simple and partly novel approach, it is shown that good agreement with experimental results can be found

Three-dimensional crack growth modelling of a Ni-based superalloy at elevated temperature and sustained loading

High temperature materials subjected to elevated temperature have been shown to be sensitive to dwell times, giving an increased crack growth rate. The interaction between these dwell times and rapid cyclic loads have been shown to constitute a complex problem. Many models have been developed for 1D conditions, but the application to general 3D conditions has seldom been seen, although this is the most common case in most structures. In this paper a model for taking care of the interaction between these load modes in general 3D crack growth has been developed. The model uses 1D results for extension to general 3D, thus providing for local crack front evolution with a minimum of numerical simulations. The model has been implemented for usage with finite element calculations and several different tests are simulated and compared with experimental results for the nickel based superalloy Inconel 718 at 550◦C. The simulation results show crack shapes in agreement with experimental fracture surfaces and time to failure.Funding agencies:  Swedish Energy Agency; Siemens Industrial Turbomachinery AB; GKN Aerospace Engine Systems; Royal Institute of Technology through the Swedish research programme TURBO POWERVid tiden för disputation förelåg publikationen som manuskript</p