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Fully coupled forced response analysis of nonlinear turbine blade vibrations in the frequency domain

Berthold, Christian und Gross, Johann und Frey, Christian und Krack, Malte (2024) Fully coupled forced response analysis of nonlinear turbine blade vibrations in the frequency domain. Journal of Fluids and Structures, 127, Seite 104112. Elsevier. doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2024.104112. ISSN 0889-9746.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889974624000471

Kurzfassung

For the first time, a fully-coupled Harmonic Balance method is developed for the forced response of turbomachinery blades. The method is applied to a state-of-the-art model of a turbine bladed disk with interlocked shrouds subjected to wake-induced loading. The recurrent partial opening and closing of the pre-loaded shroud contact causes a softening effect, leading to turning points in the amplitude–frequency curve near resonance. Therefore, the coupled solver is embedded into a numerical path continuation framework. Two variants are developed: the coupled continuation of the solution path, and the coupled re-iteration of selected solution points. While the re-iteration variant is slightly more costly per solution point, it has the important advantage that it can be run completely in parallel, which substantially reduces the wall clock time. It is shown that wake- and vibration-induced flow fields do not linearly superimpose, leading to a severe under-/overestimation of the resonant vibration level by the influence-coefficient-based state-of-the-art methods (which rely on this linearity assumption).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210098/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Fully coupled forced response analysis of nonlinear turbine blade vibrations in the frequency domain
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Berthold, ChristianChristian.Berthold (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gross, JohannUniversität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Frey, ChristianChristian.Frey (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0496-9225NICHT SPEZIFIZIERT
Krack, MalteUniversität StuttgartNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2024
Erschienen in:Journal of Fluids and Structures
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:127
DOI:10.1016/j.jfluidstructs.2024.104112
Seitenbereich:Seite 104112
Verlag:Elsevier
ISSN:0889-9746
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aeroelasticity Forced response Nonlinear blade vibration Turbomachinery Harmonic balance Fluid Structure interaction Friction
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik
Hinterlegt von: Berthold, Christian
Hinterlegt am:10 Dez 2024 21:02
Letzte Änderung:10 Dez 2024 21:02

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