Analyse nichtlinearer aeroelastischer Wechselwirkungen bei erzwungenen Schwingungen gekoppelter Turbinenschaufeln

• Antragsteller: Dr. Christian Frey; Professor Dr.-Ing. Malte Krack
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382141955

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Vorhaben widmete sich der Erweiterung des Verständnisses und der Verbesserung der Vorhersagequalität aeroelastischer Schaufelschwingungen. Es wurden sowohl Flatterschwingungen als auch erzwungene Schwingungen infolge drehzahlsynchroner Anregung betrachtet. Die vorherrschende Praxis bei der Analyse von Schaufelschwingungen ist die Modellierung der Strömung als eingeprägte Kraft und als einzelner Einflusskoeffizient der dominanten Mode. Insbesondere bei über Deckplatten gekoppelte Schaufeln führt die nichtlineare Reibung zu einer amplitudenabhängigen Modenform, die die aerodynamische Dämpfung erheblich verändert. Um diesen Effekt zu erfassen, kann eine vollständige Matrix von modalen Einflusskoeffizienten verwendet werden. Die im Rahmen dieses Projekts entwickelte vollständig gekoppelte Harmonische-Balance-Methode berücksichtigt inhärent die amplitudenabhängige Auslenkungsform und reduziert so den Rechenaufwand. Noch wichtiger ist, dass diese Methode in der Lage ist, die aerodynamische Kopplung zwischen den strukturellen Harmonischen und sogar die Amplitudenabhängigkeit der aerodynamischen Kräfte zu modellieren. Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass die herkömmlichen Methoden zu großen quantitativen und qualitativen Fehlern bei der Vorhersage der erzwungenen Reaktion und des Flatterns führen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Effect of creep on the nonlinear vibration characteristics of blades with interlocked shrouds. International Journal of Non-Linear Mechanics, 99, 240-246.
  Gross, Johann; Buhl, Patrick; Weber, Ulrich; Schuler, Xaver & Krack, Malte
  
• Rig and Engine Validation of the Nonlinear Forced Response Analysis Performed by the Tool OrAgL. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 141(2).
  Hartung, Andreas; Hackenberg, Hans-Peter; Krack, Malte; Gross, Johann; Heinze, Torsten & Panning-von, Scheidt Lars
  
• Harmonic Balance for Nonlinear Vibration Problems. Mathematical Engineering. Springer International Publishing.
  Krack, Malte & Gross, Johann
  
• Analysis of Friction-Saturated Flutter Vibrations With a Fully Coupled Frequency Domain Method. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 142(11).
  Berthold, Christian; Gross, Johann; Frey, Christian & Krack, Malte
  
• Effect of Modal Interactions on Friction-Damped Self-Excited Vibrations. Journal of Vibration and Acoustics, 143(3).
  Woiwode, Lukas; Gross, Johann & Krack, Malte
  
• Multi-Wave Vibration Caused by Flutter Instability and Nonlinear Tip-Shroud Friction. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 142(2).
  Gross, Johann & Krack, Malte
  
• Development of a fully-coupled harmonic balance method and a refined energy method for the computation of flutter-induced Limit Cycle Oscillations of bladed disks with nonlinear friction contacts. Journal of Fluids and Structures, 102, 103233.
  Berthold, Christian; Gross, Johann; Frey, Christian & Krack, Malte
  
• Multiwave Vibrations in Mistuned Cascades With Tip-Shroud Friction. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 143(5).
  Johann, Gross & Malte, Krack
  
• Fully Coupled Analysis of Flutter Induced Limit Cycles: Frequency Versus Time Domain Methods. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 145(7).
  Berthold, Christian; Gross, Johann; Frey, Christian & Krack, Malte