Teilprojekt B4 Stochastische Strukturanalyse

Die strukturmechanischen Eigenschaften von Verdichterblisken werden durch die Regeneration beeinflusst. High-Tech Verfahren ermöglichen die Bauteile zu reparieren und erneut im Triebwerk einzusetzen. Bei der Gestaltung der Reparatur ergeben sich unzählige Möglichkeiten. Im Teilprojekt B4 werden effiziente Methoden entwickelt, die die Entscheidung im Regenerationspfad unterstützen und zu einer Verlängerung der Nutzungsdauer führen.

MOTIVATION UND ZIELSETZUNG

Optimierungsschema

Die Entscheidungen im Regenerationsprozess basieren derzeit überwiegen auf subjektiven Kriterien. Für Reparaturen gibt es oft nur allgemein angegebene Reparaturgrenzen. Diese ingenieurtechnische Entscheidung im Regenerationsprozess soll zukünftig durch numerische Optimierung unterstützt werden. Die Entscheidung über die genaue Geometrie der Reparatur wird durch eine parametrierte Betrachtung ermöglicht. Grundlage für die Optimierung sind eine modellbasierte Lebensdauerberechnung, die Parametrierung der Reparatur und der Einsatz effizienter Optimierungsalgorithmen.

ERGEBNISSE

In den ersten Förderperioden konnte gezeigt werden, dass geometrische Imperfektionen von Triebwerksschaufeln die strukturmechanischen Eigenschaften signifikant beeinflussen. Aus der statistischen Analyse geometrischer Daten konnten Veränderungen in der Schwingungsamplitude und der Ermüdung der Schaufeln abgeleitet werden. Dadurch können in der Lebensdauerberechnung der Triebwerkschaufel die real vorhandenen geometrischen Toleranzen berücksichtigt werden.  

Erste Schwingungsmode bei aktuellen Arbeiten (Blendreparatur)

AKTUELLE ARBEITEN UND AUSBLICK

In der aktuellen Forschung des Teilprojekts wird das Optimierungspotential von Reparaturdesigns untersucht. Die Optimierung von Blend- und Patchreparaturen von Verdichterblisks erfolgt auf der Basis von parametrischen Modellen und FE Analysen. Zusätzlich zur idealen Struktur wird der Einfluss von Streuungen auf die Lebensdauer berücksichtigt. Konkurrierende Zielsetzungen bei der Reparatur werden durch Mehrzieloptimierung adressiert. Die ingenieurtechnische Entscheidung über das Reparaturdesign wird durch robuste und zuverlässigkeitsbasierte Optimierung unterstützt. Die im virtuellen Pfad optimierten Reparaturdesigns führen schließlich zu einer verbesserten Regeneration im realen Pfad. 


VERÖFFENTLICHUNGEN

Internationale wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften, begutachtet

  • Rogge T.; Berger, R.; Pohle, L.; Rolfes, R.; Wallaschek, J. (2018): Efficient structural analysis of gas turbine bladesAircraft Eng & Aerospace Tech (Aircraft Engineering and Aerospace Technology) 90 (9), S. 1305–1316
    DOI: 10.1108/AEAT-05-2016-0085
  • Berger, R.; Rogge, T.; Jansen, E.; Rolfes, R. (2016): Probabilistic vibration and lifetime analysis of regenerated turbomachinery bladesAdvances in Aircraft and Spacecraft Science 3 (4), S. 503–521
    DOI: 10.12989/aas.2016.3.4.503
  • Holl, M.; Rogge, T.; Loehnert, S.; Wriggers, P.; Rolfes, R. (2014): 3D multiscale crack propagation using the XFEM applied to a gas turbine bladeComput Mech 53 (1), S. 173–188
    DOI: 10.1007/s00466-013-0900-5

Internationale Konferenzbeiträge, begutachtet

  • Schwerdt, L.; Berger, R.; Keller, C.; Seume, J.; Rolfes, R.; Panning-von Scheidt, L.; Wallaschek, J. (2017): Influence of Blade Repairs on Compressor Blisk Vibration considering Aerodynamic Damping and MistuningGPPS (Hg.): Proceedings of Global Power and Propulsion Society Conference. Shanghai
  • Hohl, A.; Kriegesmann, B.; Wallaschek, J.; Panning-von Scheidt, L. (2011): The Influence of Blade Properties on the Forced Response of Mistuned Bladed DisksASME 2011 Turbo Expo: Turbine Technical Conference and Exposition, S. 1159–1170
    DOI: 10.1115/GT2011-46826

Nationale Konferenzbeiträge, nicht begutachtet

  • Berger, R.; Rogge, T.; Rolfes, R. (2016): Fast Methods for Structural Analysis of Gas Turbine Blades with Manufacturing ImperfectionsDeutscher Luft- und Raumfahrtkongress, Braunschweig 13. - 15. September 2016
  • Rogge, T.; Rolfes, R. (2012): Stochastische Untersuchungen regenerationsbedingter Imperfektionen einer Turbinenschaufel: Modellierung des deterministischen Modells zur effizienten Berechnung des Schwingungs- und Festigkeitsverhaltens5. Dresdner-Probabilistik-Workshop. Dresden, S. 1–11
Alle Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches

TEILPROJEKTLEITER

Prof. Dr.-Ing. Raimund Rolfes
Adresse
Appelstraße 9A
30167 Hannover
Gebäude
Raum
426
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30167 Hannover
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426

MITARBEITER

Ricarda Berger
Adresse
Appelstraße 9A
30167 Hannover
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401
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401