Investigation of the state of stresses in the rear case of the turbofan engine

Abstract

[ES] En este proyecto se ha examinado la fabricación y los principios de un motor turbofán. Luego, se ha estudiado el estado de tensiones en la carcasa de la turbina de baja presión, centrándose en el modelo térmico y las cargas mecánicas que actúan sobre el cojinete. Dado que las cargas térmicas son las más exigentes para la pieza, se calculará una aproximación analítica para validar las simulaciones numéricas. Con el fin de crear un modelo simple, se estudiarán las ecuaciones que modelan los efectos deseados en la dirección radial unidimensional, sin tener en cuenta las características geométricas, dando un resultado orientativo. Las condiciones de contorno térmico utilizadas tanto para los modelos numéricos como para los analíticos provienen de estudios experimentales basados en sensores de termopar y técnicas de termografía.

Para obtener una mejor comprensión de la influencia de la geometría, se han simulado diferentes ángulos de las palas mediante simulaciones numéricas estacionarias estáticas en Ansys Mechanical. Los estudios realizados ofrecen la posibilidad de crear un ajuste de regresión, que proporciona una manera de modelar las variables de estrés y fatiga estudiadas con el modelo creado en Matlab.

Finalmente, se compararán ambos casos de carga y se realizarán conclusiones sobre cómo el ángulo y la aplicación de carga afectarán la vida de fatiga y el estado de tensiones de la pieza estudiada.

[EN] In this project the fabrication and the principles of a turbofan engine have been overviewed. Then, the state of stresses on the low pressure turbine casing has been studied, focusing on the thermal model and the mechanical loads acting over the bearing. As the thermal loads are the most demanding ones for the part, an analytical approximation will be calculated in order to validate the numerical simulations. In order to create a simple model, the equations which model the desired effects will be studied in the unidimensional radial direction, without considering the geometrical features, giving a broad result. The thermal boundary conditions used for both the numerical and analytical models are taken from experimental studies based on thermocouple sensors and thermography techniques.

In order to get a better understanding on the influence of the geometry, different blade angles have been simulated by using numerical steady static simulations on Ansys Mechanical. The performed studies give the possibility to create a regression adjustment, that provides a way of modelling the studied stress and fatigue related variables with the model created on Matlab.

Finally, both load cases will be compared and conclusions on how the angle and load application will affect the fatigue life and state of stresses on the studied part are made.