Probabilistische Analyse von Turbinenschaufeln unter Berücksichtigung von Geometrieänderungen
M. Voigt , R. Mücke , H. Schlums, K. Vogeler
abstract:
Aus Gründen der Sicherheit, Ökologie und Wirtschaftlichkeit werden an moderne Fluggasturbinen immer höhere Anforderungen gestellt. Dadurch sind die Entwickler von Fluggasturbinen gezwungen, näher an die Grenzen der Werkstoffbelastung zu gehen. Um dennoch bereits bei der Komponentenentwicklung Aussagen über Betriebssicherheit und Lebensdauer derartiger Strukturen machen zu können, sind Computersimulationen des Beanspruchungsverhaltens unerlässlich.
Mit Hilfe von probabilistischen Analyseverfahren ist es möglich, die stochastische Natur der maßgeblichen Modellparameter zu berücksichtigen. Dabei wird die Aussagefähigkeit der Analyse von einer deterministischen Punktlösung auf das wahrscheinliche Verhalten des Bauteils unter Betrachtung möglicher Geometrietoleranzen und Belastungsvariationen erweitert. Als Ergebnis erhält man die statistische Verteilung der Ergebnisgrößen. Des Weiteren bekommt man wichtige Hinweise zur Sensitivität und Robustheit der Struktur bezüglich der berücksichtigten stochastischen Eingabeparameter. Unvermeidliche Bauteiltoleranzen können durch die Parametrisierung der Geometrie der zu untersuchenden Komponente einer probabilistischen Analyse zugänglich gemacht werden.
In diesem Beitrag werden die Ergebnisse von probabilistischen Untersuchungen eines 2D-FEM Turbinenschaufelmodells dargestellt. Dabei werden die Geometrieparametrisierung des Modells und die Auswirkungen der Streuungen der Geometrie auf die Ergebnisgrößen (Zyklenzahl und ein Versagenskriterium der Turbinenschaufel) im Vordergrund stehen. Weitere Ergebnisse der probabilistischen Untersuchungen sind die Sensitivitäten des Modells bezogen auf die probabilistischen Eingangsgrößen (Materialkennwerte, Belastungen infolge von Schaufelkräften, Temperaturen und Lage der Kühlkanäle).
reference:
Deutscher Luft- und Raumfarhrtkongress 2004, 20.-23. September 2004, Dresden.