Dynamik verstimmter Schaufelkränze mit aerodynamischer Kopplung und nichtlinearen Reibkontakten

Abweichungen zwischen den Kranzkomponenten stören die zyklische Symmetrie von Schaufelkränzen in Turbomaschinen. Infolge periodischer Anregung treten verstimmte Schaufelschwingungen mit lokal überhöhten Amplituden auf, deren Maximalwerte im Fall isolierter Modenpaare bis zu 21 % oberhalb des unverstimmten Referenzniveaus liegen können. Für diese Schwingungslokalisierung ist sowohl die Verstimmung als auch die Kopplung zwischen den Schaufeln entscheidend. Neben der Strukturkopplung über die Kranzscheibe werden in dieser Arbeit auch aerodynamische Kopplungseinflüsse und nichtlineare Reibkontakte berücksichtigt. Numerische Untersuchungen zeigen, dass die Phasenabhängigkeit der aerodynamischen und nichtlinearen Dämpfungsmechanismen
sowohl zu einer Reduzierung als auch zu einer Überhöhung der verstimmten Maximalamplituden beitragen kann. Zudem ermöglicht die bewusste Verstimmung der Beschaufelung eine optimale Ausrichtung der lokalisierten Schwingungsformen in Relation zu den diskreten Schaufeln. In Abhängigkeit vom Phasenversatz zwischen benachbarten Schaufeln ist hierdurch eine robuste Amplitudenreduktion um bis zu 29 % möglich.