Civatalı Flanş Bağlantıları Olan Montajlı Rotor Modüllerinde Çoklu Vekil Modeller Kullanılarak Çok Amaçlı Optimizasyon

Abstract

Cıvatalı flanş yapıları, uçak motor tasarımında kritik öneme sahiptir ve motor komponentlerini birbirine bağlamak için kullanılmaktadır. Ön tasarım aşamasında, yapısal bütünlük kriterlerine göre cıvata sayıları, ebatları ve yerleşimlerinin yanında flanş ebatları da değerlendirilmektedir. Bu değerlendirme, montajlı rotor gruplarının değişken termal ve mekanik yüklere maruz kalması sebebiyle, hesaplama yoğunluğu yüksek sonlu elemanlar modeli simülasyonlarını gerektirmektedir. Hesaplama yükünün yönetilmesi ve yüksek doğruluklu çözümlerin elde edilmesi amacıyla, vekil modelleme teknikleri, verimlilik ve yenilik için önemli bir araç haline gelmiştir. Bu çalışmada, NASA ve GE'nin E3 Yüksek Basınçlı Türbin Test Donanımı Ayrıntılı Tasarım Raporu'nda konu edilen yüksek basınçlı türbin modülünün rotor grubundaki cıvatalı flanş bağlantı tasarımları için çoklu vekil modelleme yaklaşımı incelenmiştir. Rotor grubunda üç adet flanş bölgesi bulunmakta olup her biri sonlu elemanlar teknikleriyle ayrı ayrı modellenmiştir. Bu modeller kullanılarak vekil modeller oluşturulmuştur. Vekil modeller, cıvatalı flanş tasarım parametrelerini girdi olarak alacak şekilde oluşturulmuştur. Gerilmeler ve temas bölgelerindeki tepki kuvvetleri ise çıktı parametreleri olarak seçilmiştir. Ansys analiz ve simülasyon yazılımının sunduğu Latin Hiperküp Örnekleme metodu ile deney tasarımları oluşturulmuş ve Genetik Birleştirme Yanıt Yüzey metodu ile vekil modeller oluşturulmuştur. Vekil modellerin eğitim noktalarındaki çapraz doğrulama için başarımları, 0.98 belirlilik katsayısı 𝑅2ve %2’den az göreceli kök ortalama kare hatası (RRMSE) olarak hesaplanmıştır. Optimizasyon çalışmalarında Ansys yazılımının sunmuş olduğu Çok Amaçlı Genetik Algoritma (MOGA) yöntemi kullanılmıştır. Tüm flanş bölgeleri için de yapısal bütünlük kriterlerini sağlayan tasarımlar elde edilebilmiş olup başlangıç durumuna göre her üç flanş bölgesi içn de sırasıyla %8, %21, %7 mertebelerinde hafifletme ve sırasıyla %2.7, -%0.5 ve %12 mertebelerinde gerilmelerin azalması yönünde iyileştirmeler sağlanmıştır. Bu çalışma, çoklu vekil modelleme tekniği kullanılarak büyük modellerin alt modeller aracılığıyla incelenmesinin ve yapısal bütünlük kriterlerini sağlayan tasarım alternatiflerinin belirlenmesinin mümkün olduğunu göstermiştir.