Beschreibung geometrischer Variabilität gekühlter Turbinenschaufeln zur probabilistischen Strukturanalyse

Von:

Lars Högner

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Die vorliegende Dissertation präsentiert eine Sensitivitätsanalyse des strukturmechanischen Verhaltens mittels probabilistischer Simulation einer gekühlten Hochdruck-Turbinenschaufel eines zivilen Strahltriebwerks. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Berücksichtigung geometrischer Variationen und deren Formulierung mittels geeigneter Modelle. Das Ziel besteht darin, ein besseres Verständnis realgeometrischer Effekte im strukturmechanischen Kontext gekühlter Turbinenschaufeln zu erlangen. Zu diesem Zweck basiert die Studie auf einer umfangreichen Messkampagne, in deren Rahmen eine repräsentative Stich- probe des untersuchten Schaufeltyps mit Streifenprojektions- Verfahren und Röntgen-Computertomografie digitalisiert wird. In der vorliegenden Schrift werden niederdimensionale parametrische Modelle entwickelt, welche zur quantitativen Analyse der geometrischen Streuung von Außen- und Innengeometrie dienen. Dies ermöglicht die statistische Auswertung zur Charakterisierung der Streuung und ebnet den Weg für die Durchführung von Sensitivitätsanalysen auf der Basis direkter Monte-Carlo-Simulation. Die ermittelten Ergebnisse belegen, dass eine technisch relevante Streuung des strukturmechanischen Verhaltens der untersuchten Turbinenschaufel infolge kleinskaliger Geometrievariation beispielsweise infolge fertigungsbedingter Streuung hervorgerufen werden kann. Zudem lassen sich wichtige Einflussgrößen identifizieren und ihre Kausalität diskutieren. Die Ergebnisse leisten somit einen wertvollen Beitrag für die Fertigung im Sinne einer differenzierten Qualitätssicherung, für bedarfsgerechte Wartung und Instandhaltung sowie zur robusten Auslegung und Optimierung zukünftiger Triebwerke.