@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} } @masterthesis{ZoepkeSonntag2018, type = {Bachelor Thesis}, author = {Zoepke-Sonntag, Roger}, title = {Implementierung und Validierung einer verbesserten Partitionierungsstrategie f{\"u}r einen Finite-Volumen-L{\"o}ser zur Berechnung aeroelastischer Ph{\"a}nomene in Turbomaschinen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48083}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2018}, abstract = {Diese Bachelorarbeit pr{\"a}sentiert die Implementierung und Validierung einer Partitionierungsstrategie mit graphentheoretischem Ansatz f{\"u}r aeroelastische Berechnungen in thermischen Turbomaschinen f{\"u}r den Rolls-Royce plc. (RR) firmeneigenen Str{\"o}mungsl{\"o}ser AU3D. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der effizienten Parallelisierung von reduzierten und dennoch akkuraten aeroelastischen Rechenmodellen der SPMR-Methode und der SAMR-Methode. Mit der momentanen Partitionierungsmethode kann das Potenzial dieser Modelle aufgrund des besonderen geometrischen Aufbaus nicht ausgenutzt werden und eine erfolgreiche Integration in den Entwurfsprozess ist nicht m{\"o}glich. Durch die exakte Darstellung der im Str{\"o}mungsl{\"o}ser auftretenden Kommunikation mittels eines Graphen und der Einbindung des externen Graphenpartitionierers Metis k{\"o}nnen nun auch reduzierte Modelle erfolgreich parallelisiert werden. Zuerst werden alle Gitterpunkte anhand der Gitterstruktur in einen Graphen transformiert. Zus{\"a}tzliche Verbindungen werden in Abh{\"a}ngigkeit des jeweilig vorliegenden Modells bestimmt und als zus{\"a}tzliche Information im Graphen abgespeichert. Anschließend wird mit Hilfe eines externen Graphenpartitionierers eine Partitionstabelle erstellt. Im Anschluss werden alle Paare, welche auf Grund des Str{\"o}mungsl{\"o}sers in einer Partition sein m{\"u}ssen, kontrolliert und falls notwendig ver{\"a}ndert. Die so produzierten Partitionen zeigen eine ausgeglichene Punkteverteilung und es k{\"o}nnen die geometrischen Besonderheiten in den getesteten Modellen verarbeitet werden. Unter Ber{\"u}cksichtigung der noch ausstehenden Validierungsarbeiten bez{\"u}glich des parallelen Str{\"o}mungsl{\"o}sers kann mit der neuen Partitionierungsmethode ein SPMR-Modell zur Berechnung von erzwungenen Schwingungen in weniger als 7 Stunden, statt in zweieinhalb Tagen, absolviert werden. Somit ist eine Integration von aeroelastischen Rechnungen in den Entwurfsprozess zuk{\"u}nftiger Triebwerksentwicklungen m{\"o}glich. Die vielseitige Anwendungsm{\"o}glichkeit f{\"u}r alle Arten von aeroelastischen Modellen konnte w{\"a}hrend der Laufzeit-Validierung gezeigt werden. Es wurde nachgewiesen, dass die neue Partitionierungsstrategie um eine Gr{\"o}ßenordnung weiter skaliert als die bisherigen Methoden. Somit k{\"o}nnen auch zuk{\"u}nftige Modellgr{\"o}ßen und Computercluster effizient genutzt werden und auch Vollmodelle innerhalb von 24 Stunden berechnet werden.}, subject = {Aeroelastik; Erzwungene Schwingungen; Finite Volumen Verfahren; Graph Partitionierung; Hochleistungsrechnen; Turbomaschine; Str{\"o}mungsmaschine; Finite-Volumen-Methode; Graphpartitionierung; Aeroelastizit{\"a}t; Erzwungene Schwingung}, language = {de} } @masterthesis{Berninger2017, type = {Bachelor Thesis}, author = {Berninger, Dennis}, title = {Systematische lineare Analysen der Einfl{\"u}sse unterschiedlicher Verstimmungseffekte auf die Dynamik der Polykristallin-Schaufeln}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44686}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {Die vorliegende Bachelorarbeit analysiert systematisch die Einfl{\"u}sse zweier Verstimmungseffekte auf das lineare Schwingungsverhalten von Turbinenlaufstufen am Beispiel zweier FE-Modelle. Zum einen wird der Einfluss der geometrischen Verstimmung anhand der probabilistischen Modellierung der Elastizit{\"a}tsmodule pro Schaufel analysiert. Zum anderen wird der Einfluss einer linearen Approximation der Kontaktverstimmung analysiert. Dazu wird die modale D{\"a}mpfung pro Mode probabilistisch modelliert. Zur probabilistischen Modellierung kommen mehrere ausgew{\"a}hlte Wahrscheinlichkeitsverteilungen zum Einsatz. Bei der Auswertung der FE-Simulationen wird zwischen geometrischer Verstimmung und gleichbleibender modaler D{\"a}mpfung sowie geometrischer Verstimmung und gleichzeitiger Variation der D{\"a}mpfung unterschieden. Im ersten Fall ergeben sich bis zu doppelte Amplituden im Vergleich zum unverstimmten Modell. Der Einfluss der zus{\"a}tzlichen D{\"a}mpfungsverstimmung ist in den durchgef{\"u}hrten Simulationen deutlich gr{\"o}ßer als bei realen Messungen und f{\"u}hrt bis zu einer 3,3-fachen maximalen Amplitude. Aufgrund dessen zeigt sich, dass der verwendete Ansatz der linearen Modellierung der D{\"a}mpfung nur bedingt anwendbar ist. Dar{\"u}ber hinaus wird eine Methode zur Ermittlung der {\"a}quivalenten linearen D{\"a}mpfung anhand transienter Analysen f{\"u}r verstimmte Turbinenlaufstufen numerisch validiert. Die Grundidee ist die Bestimmung der linearen D{\"a}mpfung aus dem Verh{\"a}ltnis der Mittelwerte der Amplituden bei einer niedrigen und einer hohen Beschleunigungsrate. Die anhand der Methode bestimmte D{\"a}mpfung zeigt eine Abweichung im Bereich von maximal 10\% im Vergleich zur tats{\"a}chlichen D{\"a}mpfung. Erg{\"a}nzend findet ein Vergleich der Ergebnisse der Finite Elemente Analyse und eines Reduced Order Codes auf Grundlage der Craig-Bampton Methode statt sowie der Vergleich zwischen zwei Sampling-Methoden, dem Simple Random Sampling und dem Latin Hypercube Sampling.}, subject = {Schaufel; Verstimmung; Strukturdynamik; Schwingung; Turbine; Turbinenschaufel; Schaufelschwingung; Flattern }, 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} } @phdthesis{Hanschke2023, author = {Hanschke, Benjamin}, title = {Auswirkungen von Fremdk{\"o}rpersch{\"a}digungen und Blending Reparaturen auf die Aeroelastik von Hochdruckverdichter Blisks}, doi = {10.26127/BTUOpen-6687}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-66877}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen von Fremdk{\"o}rpersch{\"a}digungen und Blending Reparaturen auf das aeroelastische Systemverhalten einer modernen Hochdruckverdichter Blisk. Mittels einer vollautomatisierten Prozesskette zur Untersuchung parametrisch definierter Schadensf{\"a}lle erfolgt eine detaillierte Analyse der Korrelationsbeziehungen zwischen den Sch{\"a}digungsparametern und deren Einfluss auf die hochzyklische Erm{\"u}dungsfestigkeit der Komponente. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse fließen in ein Regressionsmodell zur Erstellung von Sensitivit{\"a}tsplots ein, um eine schnelle Beurteilung der Kritikalit{\"a}t von Schadensf{\"a}llen im Flottenbetrieb zu erm{\"o}glichen. Im Rahmen der aeroelastischen Analysen sind vor allem die Auswirkungen von Blending Reparaturen auf typische Kenngr{\"o}ßen wie die aerodynamische D{\"a}mpfung und Anregung von Interesse. Am Beispiel einer im Betrieb hoch ausgelasteten Schwingform wird eine potentielle {\"U}berlagerung mehrerer, f{\"u}r die Betriebssicherheit der Komponente kritischer, Effekte dargestellt. Um die Rechenzeiten f{\"u}r derartige Vorhersagen k{\"u}nftig zu verringern, werden zudem unterschiedliche Ans{\"a}tze zur Reduktion der Simulationsaufw{\"a}nde verglichen.}, subject = {Aeroelastik; Blending Repair; Fremdk{\"o}rpersch{\"a}digung; Foreign Object Damage; Blisk; Blisk; Aeroelastizit{\"a}t; Fremdk{\"o}rper; Sch{\"a}digung}, language = {de} }