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Analysis of Friction-Saturated Flutter Vibrations With a Fully Coupled Frequency Domain Method

Berthold, Christian und Gross, Johann und Krack, Malte und Frey, Christian (2020) Analysis of Friction-Saturated Flutter Vibrations With a Fully Coupled Frequency Domain Method. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 142 (11). American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4048650. ISSN 0742-4795.

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Offizielle URL: https://asmedigitalcollection.asme.org/gasturbinespower/article/142/11/111007/1087610/Analysis-of-Friction-Saturated-Flutter-Vibrations

Kurzfassung

Flutter stability is a dominant design constraint of modern turbines. Thus, flutter-tolerant designs are currently explored, where the resulting vibrations remain within acceptable bounds. In particular, friction damping has the potential to yield limit cycle oscillations (LCOs) in the presence of a flutter instability. To predict such LCOs, it is the current practice to model the aerodynamic forces in terms of aerodynamic influence coefficients for a linearized structural model with fixed oscillation frequency. This approach neglects that both the nonlinear contact interactions and the aerodynamic stiffness cause a change in the deflection shape and the frequency of the LCO. This, in turn, may have a substantial effect on the aerodynamic damping. The goal of this paper is to assess the importance of these neglected interactions. To this end, a state-of-the-art aero-elastic model of a low pressure turbine blade row is considered, undergoing nonlinear frictional contact interactions in the tip shroud interfaces. The LCOs are computed with a fully coupled harmonic balance method, which iteratively computes the Fourier coefficients of structural deformation and conservative flow variables, as well as the a priori unknown frequency. The coupled algorithm was found to provide excellent computational robustness and efficiency. Moreover, a refinement of the conventional energy method is developed and assessed, which accounts for both the nonlinear contact boundary conditions and the linearized aerodynamic influence. It is found that the conventional energy method may not predict a limit cycle oscillation at all while the novel approach presented here can.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138381/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analysis of Friction-Saturated Flutter Vibrations With a Fully Coupled Frequency Domain Method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Berthold, ChristianChristian.Berthold (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gross, JohannNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krack, MalteNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Frey, ChristianChristian.Frey (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0496-9225NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2020
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:142
DOI:10.1115/1.4048650
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Sawicki, JerzyCleveland State UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:harmonic balance, fluid-structure interaction, aeroelasticity, limit cycle oscillations, turbine shroud
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - keine Zuordnung
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Numerische Methoden
Hinterlegt von: Berthold, Christian
Hinterlegt am:30 Nov 2020 09:27
Letzte Änderung:24 Okt 2023 13:56

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