Dynamik gekoppelter Turbinenschaufeln bei Drehzahlvariabilität

Turbinenschaufeln sind thermisch sowie mechanisch hochbelastete Komponenten einer Turbomaschine. Um Ausfälle infolge einer Ermüdung zu vermeiden, ist eine adäquate Vorhersage der im Betrieb auftretenden mechanischen Spannungen von großer Bedeutung. Die im Betrieb entstehenden Kräfte hängen stark von der Drehzahl der Turbine ab, sodass sich bei einer Änderung der Drehzahl auch der Belastungszustand verändert. Eine große Herausforderung bei der mechanischen Auslegung von drehzahlvariablen Turbinenschaufeln ist daher, die Schwingungsamplituden über den gesamten Drehzahlbereich möglichst gering zu halten.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Berechnungsmethodik entwickelt, um das dynamische Verhalten von gekoppelten Turbinenschaufeln über einen weiten Drehzahlbereich vorherzusagen. Neben der Drehzahlabhängigkeit gewisser strukturmechanischer Eigenschaften, wie das stress stiffening, sind bei gekoppelten Schaufeln insbesondere die Kontaktspannungen in den Fügestellen von der Drehzahl abhängig. Zur Validierung des Berechnungsprogramms werden sowohl Stand- als auch Rotationsversuche einer realitätsnahen Turbinenbeschaufelung herangezogen.