Högtemperaturmekanik - en konstitutivbeteende strategi för utmattningsfrågor

Utvecklingen inom den globala elproduktionen rör sig mot en framtid där grön energi, till exempel vattenkraft, vindkraft eller solenergi, kommer att bli den största energikällan. Med detta ökande utbud av grön energi behövs ett grundläggande behov av att kunna balansera elproduktionen.

Ett sätt att åstadkomma detta är att använda gasturbiner som bryggar över till grön energi. Dessa kan tas online eller offline på några minuter för att producera energi, vilket är en lämplig balanserare till de gröna energikällorna. De snabba förändringarna i energiproduktionen sätter hög tillförlitlighet på gasturbinskomponenterna. Dessa förändringar inför en cyklisk exponering av komponenterna vilket leder till termomekaniska utmattningsbelastningar. Vid toppbelastning utsätts komponenterna för hög temperatur i kombination med hög mekanisk belastning, därmed krypning/spänningsrelaxation.

Den ökade användningen av gasturbiner på energimarknaden ställer höga krav på effekt, effektivitet och miljö, vilket innebär att bättre livslängdsmetoder och det behövs mer realistiska modeller av material i simuleringarna under konstruktionsfasen.

Enkristallina nickelbaserade superlegeringar

Den största klassen av material som används för bladen i det första turbinsteget är enkristallina nickelbaserade superlegeringar, på grund av deras utmärkta högtemperaturegenskaper. Se Fig. 1 för en typisk mikrostruktur bild av en enkristallin superlegering. Dessa blad är tillverkade genom gjutning och under denna process uppnås aldrig en perfekt orienterad detalj, varför avvikelser i kristallorientering måste tas om hand, se Fig. 2. Det anomala elastiska och inelastiska materialbeteendet som enkristallina nickelbaserade superlegeringar innehar gör utvärderingen/designprocessen ganska komplicerad, se Fig. 3. Därför leder ofullständig kunskap om materialbeteendet ofta till användning av stora säkerhetsfaktorer som leder till konservativa konstruktioner, vilket i sin tur ger förluster i prestanda och effektivitet.

Visualisering av forskning
Visa/dölj innehåll

Fig 1: En typisk mikrostruktur bild av en enkristallin superlegering.
Fig. 2: Definition of misalignment in crystal orientation of the specimen.
Fig 2. 
Fig. 3: Monotonic tension and compression tests of a single-crystal nickel-base superalloy.
Fig 3. 

Visa/dölj innehåll

Akademiska meriter

  • Docent i hållfasthetslära, Linköpings universitet, 2015
  • Teknologiedoktor Hållfasthetslära, Linköping Universitet, 2011
  • Licentiat Hållfasthetslära, Linköping Universitet, 2010
  • Civilingenjör Maskinteknik, Linköping Universitet, 2008
  • Högskoleingenjör Maskinteknik, Växjö Universitet, 2004

Undervisning

  • Hållfasthetslära, grundkurs (TMMI17)
  • Avancerad material och beräkningsmekanik (TMHL19)

Publikationer

Du hittar Daniel Leidermarks publikationer hos Scopus