Conjectural bifurcation analysis of the contact-induced vibratory response of an aircraft engine blade
Analyse conjecturelle de stabilité de la réponse vibratoire d’une aube de moteur d’avion induite par des contacts structuraux
Résumé
This paper deals with the numerical investigation of the unilateral contact-induced dynamics of a turbomachine blade rotating within a perfectly rigid yet distorted casing. This investigation is motivated by unelucidated vibratory behaviours observed experimentally. The simulations are based on an in-house time-marching strategy incorporating Lagrange multipliers for the unilateral contact treatment, as well as centrifugal stiffening and abradable coating removal. Significant extensions are proposed through the implementation of (1) aerodynamic loading on the blade and (2) post-processing techniques involving the empirical mode decomposition which provides fruitful insights on important transient phenomena. A thorough bifurcation analysis with and without aerodynamic loading highlights the existence of flip bifurcations with period-doubling and period-halving sequences over a broad angular speed range. Numerical simulations with external aerodynamic loading yield quasi-periodic and likely to be chaotic motions that could not be observed under vacuum. The proposed numerical investigations underline the key role of the aerodynamic loading in the blade dynamics and suggest that unexplained experimental vibratory behaviours are related to the vacuum conditions of the experiment.
Cet article porte sur des investigations numériques relativement à la réponse vibratoire d’une aube de turbomachine, suite à des contacts structuraux. Le carter environnant est déformé mais supposé infiniment rigide. Ces travaux sont motivés par l’observation expérimentale de plusieurs phénomènes vibratoires qui restent inexpliqués. Les simulations effectuées reposent sur l’utilisation d’un outil numérique développé au laboratoire combinant un algorithme de calcul de multiplicateurs de Lagrange pour le traitement du contact et la prise en compte des effets centrifuges et de l’arrachement du revêtement abradable. Des ajouts majeurs à cet outil sont proposés avec l’implémentation de: (1) la prise en compte d’un chargement aérodynamique sur l’aube et (2) le post-traitement des résultats par l’intermédiaire de méthodes de décomposition en modes empiriques qui permettent de mieux analyser les phénomènes transitoires. Une analyse de stabilité avec et sans chargement aérodynamique met en évidence l’existence de points de bifurcation sur une large plage de vitesses de rotation. Les simulations numériques prenant en compte le chargement aérodynamique permettent d’observer des mouvements quasi-périodiques et d’autres probablement chaotiques qui n’ont jamais été observé sous vide.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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