Robustheitsana­lyse von Schaufelschwin­gungen unter besonderer Berücksichti­gung von fertigungs- und betriebsbeding­ten Geometrieabwei­chungen

Beschreibung:

Ziel dieses Vorhabens ist es, eine probabilistische strukturmechanische und strukturdynamische Bewertung von realen, gefrästen Verdichterschaufeln gegenüber Toleranzen in der Fertigung zu ermöglichen. Dazu sollen in einem ersten Schritt die Schaufeln mit Hilfe von optischer 3D-Messtechnik gescannt werden. Anschließend werden die Messergebnisse mit Hilfe von geometrischen Parametern analysiert, statistisch ausgewertet und schließlich für die Ableitung eines parametrischen CAD-Modells verarbeitet. Hierauf aufbauend können im Nachgang Finite Elemente Berechnungsmodelle aufgebaut und für die Durchführung probabilistischer Simulationen erzwungener Schwingungsantworten in so genannte "Reduced Order"-Modelle (ROM) überführt werden. Die Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung erfolgt über Einflusskoeffizienten, welche auf der Grundlage gekoppelter FSI-Simulationen abzuleiten und in die reduzierten Modelle zu implementieren sind. Besonderer Wert wird auf die Berücksichtigung geometrischer Imperfektionen und ihres Einflusses auf Schaufeleigenfrequenzen und –formen, modeindividueller aerodynamischer Dämpfungen einschließlich höherer Moden und aerodynamischer Erregerkräfte gelegt. Infolgedessen können Abweichungen erzwungener Schwingungsantworten gegenüber jenen des nominellen Designs quantifiziert werden.
 
Mithilfe der statistischen Auswertung der probabilistischen Simulationen wird die Robustheit des strukturmechanischen und strukturdynamischen Verhaltens gegenüber den Produktionsstreuungen ermittelt. Weiterhin sollen innerhalb von Sensitivitätsanalysen die einflussreichsten Parameter hinsichtlich hoher Schaufelschwingungsbeanspruchungen identifiziert werden und letztlich zur Verbesserung bestehender Designkriterien beitragen.

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