Parametrische Studie zur Modellerstellung eines reibungsdämpften Turbinenschaufels mit mehreren Testdaten

Abstract Die Aktualisierung von Modellen unter Verwendung mehrerer Testdaten stellt in der Regel eine Herausforderung für reibungsbehaftete Strukturen dar. Die Schwierigkeit ergibt sich aus den Einschränkungen nichtlinearer Modelle, die oft die Unsicherheiten an Kontaktstellen und in tatsächlichen Testbedingungen übersehen. In diesem Papier präsentieren wir eine parametrische Studie für den Kalibrierungsprozess des Modells einer reibungsdämpften Turbinenschaufel, die die experimentell gemessene Variabilität der Reaktionen in computergestützten Simulationen behandelt. Auf experimenteller Seite wird ein kürzlich entwickelter Testaufbau verwendet, der eine Anwendung in der Turbomaschinenindustrie mit Mittenspanns-Dämpfern imitiert. Dieser Aufbau ermöglicht die Messung mehrerer Reaktionen und Kontaktkräfte unter nominal identischen makroskalaren Bedingungen. Auf der rechnerischen Seite wird dasselbe System in einer kommerziellen Finite-Elemente-Software modelliert, und nichtlineare Schwingungsanalysen werden mit einem speziell entwickelten internen Code durchgeführt. In den numerischen Simulationen wird das mehrdeutige Wesen des Coulombschen Gesetzes berücksichtigt, das aus dem inhärenten Variabilitätsbereich der statischen Reibungskräfte in dauerhaft haftenden Kontakten resultiert und als die Hauptunsicherheit angesehen wird. Während das System Schwingungen erlebt, propagiert diese Unsicherheit in das dynamische Verhalten, insbesondere unter Bedingungen partieller Gleiten in Kontakten, was zu einer Variabilität der Reaktionen führt. Ein deterministischer Ansatz basierend auf einem Optimierungsalgorithmus wird verfolgt, um die Grenzen des Variabilitätsbereichs vorherzusagen. Das Modell wird iterativ kalibriert, um die Empfindlichkeit der Reaktionsgrenzen gegenüber Kontaktparametern und Montagefehlalignierungen zu untersuchen. Durch mehrere Iterationen zeigen wir, wie unsichere anfängliche Kontaktbedingungen numerisch in dynamische Analysen reibungsdämpfter Turbinenschaufeln integriert werden können. Die Ergebnisse zeigen ein zufriedenstellendes Maß an Genauigkeit zwischen Experimenten und computergestützten Simulationen. Diese Arbeit bietet wertvolle Einblicke, um zu verstehen, was die Reaktion des Prüfstands beeinflusst, und bietet praktische Lösungen für numerische Simulationen zur Verbesserung der Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen.