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Entwicklung nichtlinearer Rotordynamik-Gehäusemodelle

Entwicklung nichtlinearer Rotordynamik-Gehäusemodelle

Leaders:  Dr.-Ing. Lars Panning-von-Scheidt
Email:  paehr@ids.uni-hannover.de
Team:  M. Sc. Martin Paehr (Dynamik rotierender Maschinen)
Year:  2019
Sponsors:  FVV

Der Einfluss von Umgebungsstrukturen, wie z.B. Gehäuse oder Fundament, wird bei der Berechnung der Rotordynamik mithilfe kommerziell verfügbarer Programmen bisher kaum oder häufig nur in Form einfacher Übertragungsfunktionen berücksichtigt. Dabei können nichtlineare Effekte, insbesondere Reibung in Fügestellen, nicht abgebildet werden. Bauaurtbedingt handelt es sich bei Gehäusen rotierender Maschinen jedoch um Strukturen mit einer hohen Anzahl an Fügestellen, sodass die Annahme eines linearen Übertragungsverhaltens zu einem nicht zu vernachlässigbaren Fehler führt. Aus diesem Grund soll exemplarisch anhand des TFD-Axialverdichters ein nichtlineares Gehäusemodell aufgebaut werden. Hierbei kann das gesammelte Know-How aus vorangegangener Forschung im Bereich der Turbinenschaufel-Dämpfung genutzt und die Methodiken und Tools zur Berechnung lokaler Reibkontakte auf großflächige Fügestellen erweitert werden.

Ein vielversprechender Ansatz für die Modellierung ist ein komponentenweises Vorgehen. Im ersten Schritt werden lineare FE-Modelle der einzelnen Substrukturen aufgebaut und durch Model-Update-Verfahren an reale Messdaten, die durch das TFD bereitgestellt werden, angepasst. Für eine möglichst zeiteffiziente Gestaltung der Optimierung ist die Anwendung von Reduktionsmethoden auf die großen Strukturmatrizen nötig.

Den nächsten Schritt bildet die Kopplung der realitätsnahen Substrukturen zu Unterbaugruppen bzw. zum Gesamtmodell, in denen nur die Kontaktparameter in einem getrennten Update-Vorgehen identifiziert werden müssen. Auch hierbei ist die Anwendung von Reduktionsmethoden notwendig, da die Fügestellen-Freiheitsgrade insbesondere im Fall von nichtlinearen Kontaktmodellen leistungsintensive Berechnungen erfordern.

Abschließend folgt die Verknüpfung des entwickelten Gehäusemodells über geeignete Schnittstellen zu kommerziell verfügbaren Berechnungswerkzeugen der Rotordynamik.

Zukünftig kann das nichtlineare Gesamtmodell als Digital-Twin mithilfe von Betriebsdaten z.B. zum Health Monitoring eingesetzt werden.