Dynamic analysis and design strategies for mistuned bladed disks

Analyse dynamique et conception d'ensembles aubagés sujets au désaccordage

Sang-Ho Lim (1)

1 Vibrations and acoustics laboratory

Bladed disks are used in various important engineering applications, such as fans, impeller pumps, windmills, propellers, turbine generators, and jet engines. In a nominal design, a bladed disk is a structure of cyclic symmetry, where all the disk-blade sectors are identical and arranged around the central axis. In practice, however, there are always small variations in structural properties along the sectors, resulting from manufacturing tolerances, material deviations, and uneven operational wear. Due to these small irregularities, which are referred to as mistuning, the cyclic symmetry of the bladed disk is destroyed.
The modes are significantly altered by small mistuning (especially, blade mistuning) so that the mode shapes are not spatially harmonic any more. Consequently, the dynamic behavior of a bladed disk with mistuning may be qualitatively different from that of the tuned configuration. In addition, cyclic symmetry cannot be used for the analysis of a mistuned bladed disk, and the model of the whole mistuned assembly is required, which is costly. Accordingly, reduced-order models have to be developped for quick studies. New techniques for building such models are presented in this work.

Les ensembles aubagés interviennent dans diverses applications industrielles telles que les fans de moteurs d'avion, les moulins à vent, les pompes. en configuration nominale (parfaite), un ensemble aubagé est caractérisé par sa symétrie cyclique. où tous les secteurs sont identiques. Cependant, en pratique, il subsiste des différences entre les secteurs, du fait des tolérances de fabrication, de l'inhomogénéité matérielle ou bien de l'usure de fonctionnement. Ces petites irrégularités, connues sous le nom de désaccordage, perturbent la symétrie cyclique. Les modes de vibration ne sont plus des harmoniques parfaites et la dynamique d'une structure désaccordée peut être profondément différente de celle d'une structure nominale. L'étude ne se résume plus à un seul secteur et des modèles réduits particuliers doivent être construits. C'est ce que présente ce travail.

Mots clés: mistuning; bladed disk assemblies; reduced-order models; stochastical models

Mots clés: désaccordage; roue aubagée; modèles réduits; modèles stochastiques; perturbations

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

Sang-Ho Lim. Dynamic analysis and design strategies for mistuned bladed disks. Mechanics [physics.med-ph]. University of Michigan-Ann Arbor, 2005. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00375423⟩