Modulare Modellierung und Synthese virtueller Fahrzeuginnengeräusche

Die Laufschaufeln von Turbomaschinen werden durch fluktuierende Fluidkräfte zu dynamischen Schwingungen angeregt. Eine Verstimmung der Schaufeln von Schaufelkränzen z.B. durch Fertigungstoleranzen kann zu einer Lokalisierung der Schwingungsenergie führen und deshalb die dynamische Belastung einzelner Schaufeln signifikant vergrößern.
Zur Auslegung der Beschaufelung werden Methoden zur effizienten Simulation von verstimmten Schaufelkränzen entwickelt. Basierend auf komplexen Finite-Elemente-Modellen wird durch Reduktionsmethoden die Anzahl der Freiheitsgrade reduziert. Hierdurch wird die Rechenzeit für die Bestimmung eines typischen Frequenzganges von der Größenordnung von Tagen auf Sekunden verringert. Darauf aufbauend wird eine numerisch effiziente Simulation von Reibdämpfern in das Modell integriert.
Auf Basis dieser Methode werden Strategien zur Vermeidung der Energielokalisierung abgeleitet. Diese basieren auf einer geschickten Anordnung eines Schaufelsatzes entlang der Scheibe, auf einer bewussten Verstimmung mit verschiedenen Schaufeltypen oder einer optimalen Auslegung der Reibdämpfer.

Bladings in turbomachinery applications are subjected to high dynamic loads due to fluctuating gas or steam forces. Herein the resonant amplitudes of turbine blades are very sensitive to small deviations of the blade properties. This phenomenon called mistuning can lead to significantly increased amplitudes of some blades with increased risk of high cycle fatigue failures.
A method is developed to efficiently simulate mistuned bladed disks. Based on finite element models a reduced order model is derived that results in a reduction of the calculation time for a typical frequency response function from days to seconds. A numerically efficient simulation method for bladed disks with coupling devices is implemented in the reduced order model.
Based on this method rules are developed to minimize the amplitude amplification due to mistuning. These are focused on the arrangement of the blades around the disk, so-called intentional mistuning with different blade types, and an optimal design of coupling devices.