@phdthesis{ReyVillazon2015, author = {Rey Villaz{\´o}n, Jose Mar{\´i}a}, title = {Advanced aero engine common preliminary design environment for the automatic construction of secondary air system and thermal models}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36011}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2015}, abstract = {The state of the art in aero engine design and analysis methods is based on mature computer programs, which have been developed during several decades. The classical approach to the preliminary design phase of engine subsystems is to split the complex engineering process into disciplines and subtasks. Different experts manage the time-consuming modelling work. Due to the increasing demand for higher aero engine performance and design cycle time reduction, process integration, accuracy and agility have become key assets of the engineering work-flow. The intention of this work is to show how multi-disciplinary integration, work-flow automation and CFD-enhanced thermal modelling methods can be used efficiently to support the aero engine preliminary design phase, with focus on the high pressure turbine subsystem. A Java based common design environment for the engine secondary air system, rotors and thermal design disciplines has been developed. This design environment enables the automatic generation of CAD, flow network and thermal models. The improvements in terms of process agility and model prediction accuracy are demonstrated with the application of the implemented process to a reference high pressure turbine subsystem. For validation purposes, the preliminary design definition of the reference turbine case is reproduced. The automatically generated secondary air system and thermal models can replicate the same level of detail as the previous manual approach. It was found that the CFD-enhanced thermal model improves the prediction accuracy in the preliminary design stage, when no engine test data is available.}, subject = {Aero engine design system; Secondary air system; Turbine rotor; Thermal modelling; Process integration; Triebwerkskonstruktion; Sekund{\"a}rluftsystem; Thermal Modellierung; Prozessintegration; Flugtriebwerk; Konstruktion; W{\"a}rme{\"u}bertragung; Modellierung}, language = {en} } @phdthesis{Klauke2007, author = {Klauke, Thomas}, title = {Schaufelschwingungen realer integraler Verdichterr{\"a}der im Hinblick auf Verstimmung und Lokalisation}, isbn = {978-3-89959-685-4}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4081}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2007}, abstract = {Im Rahmen der stetigen Weiterentwicklung von Flugtriebwerken, mit dem Ziel umweltfreundlicherer, leistungsf{\"a}higerer und hinsichtlich ihres Brennstoffverbrauchs optimierter Gesamteigenschaften, nimmt die integrale Ausf{\"u}hrung von Verdichterlaufr{\"a}dern (Blisk) einen immer gr{\"o}ßeren Stellenwert ein. Aufgrund der einteiligen Bauweise der Blisks entfallen hierbei die speziell im Falle vorderer Rotoren massiven, konventionellen Schaufelf{\"u}ße und Scheibenh{\"o}cker, was, bedingt durch die hierdurch resultierende Gewichtsreduktion, die Realisation moderner, hochbelasteter Verdichter mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten erst erm{\"o}glicht. Neben den genannten Vorteilen ist jedoch auch die verschwindend geringe Strukturd{\"a}mpfung und die besondere Sensitivit{\"a}t bez{\"u}glich Fertigungsimperfektionen zu nennen, welche eine {\"o}rtliche Begrenzung von Schwingformen (Mode-Lokalisierung), begleitet durch ein deutlich erh{\"o}htes Schwingungsniveau, hervorruft. Diese {\"o}rtlich begrenzte {\"U}berh{\"o}hung der Schwingantwort verstimmter Blisks kann, in Kombination mit ung{\"u}nstiger aerodynamischer Anfachungen, zu einem kritischen Anstieg des lebensdauerrelevanten Beanspruchungsniveaus einzelner Schaufeln f{\"u}hren. Die Kenntnis dieser Zusammenh{\"a}nge bildet somit u. a. die Voraussetzung f{\"u}r die Auswahl geeigneter Schaufeln zur Dehnmessstreifen-Applikation, welche wiederum die Grundlage f{\"u}r ein aussagekr{\"a}ftiges Schwingungs{\"u}berwachungssystems darstellt. Diese Arbeit stellt mit Hilfe experimenteller und numerischer Untersuchungsmethoden einen ausf{\"u}hrlichen {\"U}berblick {\"u}ber die Schwingungserscheinungen integraler Laufr{\"a}dern dar. Hierbei werden zun{\"a}chst mit Hilfe komplexer Gesamtmodelle der Rotoren eines Versuchshochdruckverdichters die Grundlagen der Struktureigenschwingungen anhand verschiedener Beispiele veranschaulicht. Aufbauend auf dem Verhalten des unverstimmten, perfekten Design-Modells werden anschließend die Unterschiede im Vergleich zum verstimmten, realen System detailliert erl{\"a}utert. Nachfolgend werden die Eigenschaften unverstimmter und die Besonderheiten verstimmter Systeme w{\"a}hrend der erzwungenen Schwingung aufgezeigt, sowie neue Beurteilungsgr{\"o}ßen zur Charakterisierung des Schwingverhaltens vorgestellt und am Beispiel verschiedener Verdichterrotoren illustriert. In Abh{\"a}ngigkeit von den gegebenen Randbedingungen, wie z.B. der individuellen Systemverstimmung, der Schaufelschwingform, der Anfachung, als auch der D{\"a}mpfung pr{\"a}gen sich hierbei f{\"u}r die verschiedenen Rotorgeometrien unterschiedlich starke Mode-Lokalisierungen und Schwingungsamplituden aus, wobei sich im Besonderen Schaufeltorsionsmoden, niedrige Erregerordnungen, sowie Moden mit einer hohen Anzahl an Knotendurchmesserlinien als auch Rotoren mit einem ung{\"u}nstigen Scheiben-Schaufel-Steifigkeitsverh{\"a}ltnis auszeichnen. Erg{\"a}nzend zum Einfluss der fertigungsbedingten Schaufelverstimmung auf die Rotorunwucht werden die Auswirkungen, welche aus der zus{\"a}tzlichen Dehnmessstreifen-Instrumentierung resultieren, im Hinblick auf eine Beeinflussung des Schwingverhaltens diskutiert.}, subject = {Schaufelschwingung; Verdichter; Flattern ; Schwingungen; Verdichter; Schaufeln; Lokalisierung; Verstimmung; Vibration; Blisk; Blade; Mistuning; Localisation}, language = {de} } @phdthesis{MahlerdeSilva2015, author = {Mahler-de Silva, Tina}, title = {Ableitung und Validierung eines FE-Ersatzmodells f{\"u}r strukturierte Bleche}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35484}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2015}, abstract = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Entwicklung eines vereinfachten mechanischen Ersatzmodells f{\"u}r strukturierte Bleche. Diese bewirken durch ihre eingebrachten Formen eine Verbesserung der Bauteilsteifigkeit und des Beulverhaltens und versprechen somit hohes Potenzial hinsichtlich industrieller Anwendungen im Leichtbau. Zun{\"a}chst wird ein Einblick in die theoretischen Grundlagen gegeben, welche essentiell f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der Arbeit sind. Anschließend wird ein vereinfachtes Ersatzmodell entwickelt, welches auf Basis von Homogenisierungsprozessen anisotrope Materialparameter beschreibt, um das elastische Verhalten großer Strukturen aus strukturierten Blechen berechnen zu k{\"o}nnen. F{\"u}r die Ersatzkennwerte werden Symmetrie- und Randbedingungen an Elementarzellen betrachtet, deren strukturmechanisches Verhalten repr{\"a}sentativ bestimmend ist. Die Bestimmung eines solchen Repr{\"a}sentativen Volumenelements (RVE) stellt die Basis der Homogenisierungsmethode dar. Mithilfe des Ersatzmodells wird eine effiziente numerische Auslegung gew{\"a}hrleistet. Der anschließende Vergleich mit experimentellen Ergebnissen unterst{\"u}tzt die Validierung des vereinfachten Ersatzkontinuums.}, subject = {Homogenisierung; FEM; Modalanalyse; Strukturierte Bleche; Ersatzmodell; Homogenization; Modal analysis; Structured sheet metals; Surrogate model; Strukturiertes Blech; Finite-Elemente-Methode; Mehrk{\"o}rpersystem; Homogenisierung }, language = {de} } @phdthesis{Nipkau2011, author = {Nipkau, Jens}, title = {Analysis of mistuned blisk vibrations using a surrogate lumped mass model with aerodynamic influences}, isbn = {978-3-8440-0302-4}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22253}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2011}, abstract = {The present work presents the aeroelastic analyses of mistuned blisk forced response employing a surrogate lumped mass model with aerodynamic influence coefficients. Prior to these, the state of the art in mistuning analysis is summarised and the theoretical background of the structural as well as the aerodynamical model employed in this work is illustrated. Consequently, the validation of the aeroelastic methods is presented at the example of the compressor like Standard Configuration 10, a standardised test case of an aerofoil vibrating in a cascade, and the aerodynamical model is validated against bidirectionally coupled fluid structure interaction simulations of a 2D compressor rotor model. Finally, the aeroelastic behaviour of a mistuned blisk is analysed featuring measured mistuning patterns and extensive probabilistic analyses of mistuned blisk forced response.}, subject = {Verdichter; Blisk; Schwingung; Verdichter; Blisk; Schwingung; Aeroelastik; Blisk; Aeroelasticity; Mistuning; Vibration; Flutter; Forced Response}, language = {en} } @phdthesis{Lenk2009, author = {Lenk, Olaf}, title = {Charakterisierung und Anwendung von fl{\"a}chig periodischen Metall-Ringgeflechten}, isbn = {978-3-89959-901-5}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-10148}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2009}, abstract = {Metallische Ringgeflechte werden in verschiedenen Anwendungen zum K{\"o}rperschutz gegen Schl{\"a}ge, Stiche und Schnitte eingesetzt. Dabei hat sich das Anwendungsgebiet von einem ausschließlich milit{\"a}rischen Gebrauch auf Bereiche des Arbeitsschutzes, der Architektur sowie der Schmuckindustrie verlagert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Betrag dazu, metallische Ringgeflechte {\"u}ber ein elastisches Ersatzmodell n{\"a}herungsweise abzubilden und somit das Systemverhalten in einer entsprechenden Anwendung analytisch zu erfassen. Die dazu n{\"o}tigen globalen Materialeigenschaften werden {\"u}ber geeignete Methoden aus dem inhomogenen Aufbau des Ringgeflechts in eine vereinfachte kontinuums-mechanische Beschreibung {\"u}berf{\"u}hrt. Eine derartige Homogenisierung kann sowohl {\"u}ber analytische, numerische als auch experimentelle Verfahren erreicht werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der analytische Ansatz {\"u}ber die Einf{\"u}hrung eines Repr{\"a}sentativen Volumenelements erm{\"o}glicht, dessen linear elastisches Verhalten auf eine {\"u}bergeordnete, globale Hierarchieebene {\"u}bertragen wird. Numerische Untersuchungen an diesem Volumenelement best{\"a}tigen die analytischen Ergebnisse und erlauben einen Einblick in das Verhalten bei {\"U}berschreiten der Elastizit{\"a}tsgrenze. {\"U}ber einachsige Zugversuche gelingt die experimentelle Erfassung des globalen, plastischen Materialverhaltens bis zum sukzessiven Versagen des Ringgeflechts. Die derart gewonnenen Kenntnisse {\"u}ber das globale Strukturverhalten fließen abschließend in die Untersuchung von Anwendungsbeispielen fl{\"a}chiger Ringgeflechte ein und werden {\"u}ber Vergleichsmessungen validiert.}, subject = {Geflecht ; Metall; Ringgeflecht; Materialgesetz; Einheitszelle; Torus; orthotrope Membran; Chain mail; Material law; Unit cell; Torus; Orthotropic membrane}, language = {de} }