Numerical Investigation of a Mistuned Academic Bladed Disk Dynamics With Blade/Casing Contact

Autor: Jeanne Joachim, Florence Nyssen, Alain Batailly
Přispěvatelé: École Polytechnique de Montréal (EPM)
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, American Society of Mechanical Engineers, 2020, ⟨10.1115/1.4047780⟩
ISSN: 1528-8919
0742-4795
Popis: International audience; This contribution focuses on the combined analysis of mistuning and unilateral blade-tip/casing contacts. A 2D phenomenological finite element model of an aircraft engine fan stage is considered. It is reduced by means of the Craig-Bampton component mode synthesis method and contact treatment relies on a Lagrange multiplier algorithm within an explicit time-integration scheme. Blade-tip/casing contacts are initiated through the deformed shape of a perfectly rigid casing. Mistuning is accounted for on the blades only. Monte Carlo simulations are carried out in both linear and nonlinear configurations, which allows to compare amplifications predicted in both context due to mistuning. Following a thorough convergence analysis of the proposed numerical strategy, the influence of mistuning level as well as the configuration of the external forcing are investigated. Presented results underline the detrimental consequences of mistuning in a nonlinear structural context, yielding even higher vibration amplifications than in a linear context. A cross-analysis between linear and nonlinear computations reveals that no correlation is found between linear and nonlinear amplifications which suggests that the effect of existing strategies to mitigate vibration amplifications within a linear context may not be suitable within a nonlinear context.; Cet article présente une analyse combinée du désaccordage et du contact aube/carter pour un modèle de roue aubagée phénoménologique en deux dimensions. Ce modèle éléments finis est réduit à l'aide d'une méthode de synthèse modale et le traitement du contact est opéré via un algorithme reposant sur le calcul de multiplicateurs de Lagrange au sein d'une procédure d'intégration temporelle de type différences finies centrées. Le contact aube/carter est initié par une déformation du carter supposé parfaitement rigide. Le désaccordage est pris en compte uniquement au niveau des aubes et des simulations de type Monte Carlo sont effectuées dans un contexte linéaire (réponse forcée à un chargement aérodynamique simplifié) et non-linéalire (réponse vibratoire au contact). Une attention particulière est portée sur la validation des résultats obtenus en s'assurant notamment de la convergence stochastique, par des indicateurs quantitatif et qualitatif. Les résultats obtenus attestent de la représentativité du modèle étudié par rapport aux standards de la littérature dans un contexte linéaire. Par ailleurs, lorsque le contact aubes/carter est pris en compte, les résultats obtenus montrent une augmentation significative des amplifications de vibration par rapport à celles observées dans un contexte linéaire. Une analyse croisée des résultats linéaire et non-linéaire souligne l'absence de corrélation entre les motifs engendrant les plus grandes amplifications linéaire et non-linéaire. Cette dernière observation suggère que les méthodes existantes pour réduire l'amplification des vibrations dans un contexte linéaire pourraient ne pas être adaptées à la réduction des amplifications dans le cas de contacts aubes/carter.
Databáze: OpenAIRE
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