Unilateral contact induced blade/casing vibratory interactions in impellers: Analysis for flexible casings with friction and abradable coating - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Sound and Vibration Année : 2015

Unilateral contact induced blade/casing vibratory interactions in impellers: Analysis for flexible casings with friction and abradable coating

Interactions générées par les contacts aubes/carter pour un rouet centrifuge: étude avec carters flexibles, frottement et revêtement abradable

Résumé

This contribution addresses the vibratory analysis of unilateral contact induced structural interactions between a bladed impeller and its surrounding flexible casing. It extends the numerical developments exposed in a previous article to flexible casings. The casing finite element model and the construction of the associated reduced-order model for efficient computations are first exposed in details along with an extensive presentation of the smoothing strategy implemented on the contact interface. The proposed algorithms embedding unilateral contact conditions together with abradable coating removal are subsequently introduced and validated through a systematic analysis of (1) the nonlinear procedure for the computation of impeller/casing distances, (2) the treatment of three-dimensional friction and contact forces, (3) the correction of the displacements when unilateral contact or abradable removal arises, and (4) the possible hybrid contact scenarii involving localized total removal of the abradable coating. Finally, two illustrative case studies show that the linear interaction condition, commonly considered for the safe design of impellers and casings in turbomachinery, may be advantageously combined with the presented numerical strategy in order to assess the actual importance of predicted critical speeds.
Cet article porte sur l'analyse vibratoire de phénomènes d'interaction initiés par des contacts structurels entre un rouet centrifuge et le carter flexible environnant. Il étend ainsi les développements numériques présentés dans un article précédent au cas de carters flexibles. Le modèle éléments finis du carter, le modèle réduit associé et l'outil mathématique utilisé pour lisser sa surface de contact sont tout d'abord présentés en détails. L'algorithme de résolution permettant de traiter des conditions de contact unilatéral avec l'enlèvement du matériau abradable est ensuite décrit et validé en se focalisant sur: (1) la procédure non-linéaire utilisée pour le calcul des distances aube/carter, (2) la prise en compte des efforts de contact en trois dimensions, (3) la correction des déplacements lorsque des contacts avec le carter ou le revêtement abradable sont prédits, et (4) de possibles scénarios de contact hybrides avec un enlèvement total mais localisé du revêtement abradable. Enfin, deux études de cas mettent en évidence que les critères linéaires de prédiction des interactions, usuellement utilisés pour la conception des turbomachines, gagnent à être enrichis de la stratégie numérique proposée dans le but d'estimer la criticité d'un point d'interaction prédit.
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Dates et versions

hal-01222732 , version 1 (30-10-2015)

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Citer

Alain Batailly, Mathias Legrand. Unilateral contact induced blade/casing vibratory interactions in impellers: Analysis for flexible casings with friction and abradable coating. Journal of Sound and Vibration, 2015, 348, pp.344-364. ⟨10.1016/j.jsv.2015.03.027⟩. ⟨hal-01222732⟩
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