DETECTION OF BLADE’S DEFECT USING BENDING VIBRATIONS OF A SHAFT IN A SHAFT-DISK-BLADE SYSTEM

DETECTION OF BLADE’S DEFECT USING BENDING VIBRATIONS OF A SHAFT IN A SHAFT-DISK-BLADE SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
Thesis_Manuscript_Ali_Alsaleh_G201604580.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 17 June 2021.

Download (5MB)

Arabic Abstract

تبحث هذه الأطروحة جدوى اكتشاف عيوب الشفرات من خلال تحليل اهتزازات عمود الدوران الجانبية. استنادًا إلى مبدأ الطاقة، تم إنشاء معادلة الحركة التي تحكم ديناميكية معدة دوارة تتكون من عمود دروران، قرص و شفرات. لدراسة أثر انعطاب الشفرات على اهتزازت عمود الدوران، تمت محاكاة النموذج عدديًا باستخدام برنامج المحاكاة، حيث يتم إجراء التحليلات الشكلية والتوافقية لاهتزازت النموذج للحصول على نتائج الدراسة. تم التحقق من صحة النموذج من خلال مقارنته بدراسات سابقة مشابهة تم نشرها. من ثم تمت دراسة ثلاثة سيناريوهات تحاكي عيوب مختلفة في الشفرات وهي كالتالي: شفرة مكسورة ، شفرة مثقوبة وشفرة مثنية. أظهرت نتائج الدراسة وجود اقتران بين اهتزازات ثني الشفرة والاهتزازات الجانبية لعمود الدوران. كان تأثير الشفرة المثنية هو الأكبر من بين تلك السيناريوهات ، متبوعًا بالشفرة المكسورة وأخيراً تأتي الشفرة المثقوبة بأقل تأثير. فيما كشفت نتائج الدراسة أيضا أن اكتشاف عيب الشفرة قابل للتطبيق من خلال مراقبة الاهتزازات الجانبية للعمود عند قيم التردد المقابلة لأنماط الانحناء للشفرة المتوافقة مع الاهتزازات الجانبية للعمود.

English Abstract

This thesis investigates the feasibility of detecting defects in blades through the numerical analysis of the coupling between blade-bending and shaft lateral vibrations in a shaft-disk-blades (SDB) system. Based on the energy principle and Lagrange’s equations, the equation of motion governing the dynamics of the system is established taking into account shear deformation, rotary inertia and centrifugal forces effects. The model is numerically simulated using ANSYS APDL software, where modal and harmonic analyses are conducted to generate the results of the study. Prior to carrying out the case studies, the model is validated via model-results benchmark and found in agreement with similar models in the literature. Three blade’s defect scenarios are simulated in this thesis; a broken blade, pitted blade and a bent blade. The results of the analysis revealed the existence of coupling between blade-bending and shaft-lateral vibrations. The influence of the bent blade was largest among those modes, followed by the broken blade and lastly comes the pitted blade with the least influence. The results of the harmonic analysis revealed that detecting blade’s defect is viable through monitoring the shaft lateral vibrations amplitude at frequency values corresponding to the blade-bending and shaft-lateral vibrations coupled modes. Lastly, the results’ sensitivity is assessed through a deterministic sensitivity analysis and is found, for the most part, insensitive to scatter in the input.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Research
Mechanical
Department: College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor: Bashmal, Salem
Committee Members: Khulief, Yehia A. and Bazoune, Abdel Aziz
Depositing User: ALI ALSALEH (g201604580)
Date Deposited: 26 Nov 2020 11:20
Last Modified: 26 Nov 2020 11:20
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141739