Forced and transient vibration response predictions of a turbine by nozzle excitation are important issues. In the fan and compressor stages, flutter stability is a relevant problem. To reduce the vibration levels and enhance the stability, additional dissipation elements such as dry friction dampers are sometimes integrated into bladed disk assembly.
In this study, forced and transient response analysis systems for a tuned bladed disk with friction dampers were developed and verified. For the forced response analysis, multi-harmonic balanced method and cyclic boundary condition were used. Also, mode shapes obtained using fictitious mass method were used to describe the motion of the structures with the concentrated structural nonlinearity, friction damper. The relative convergence of fictitious mass and traditional unconstrained modes were compared. For the transient response analysis, real-valued transformation matrix and Runge-Kutta method were used. The effects of external forcing and its angular acceleration on the calculated transient responses were investigated. For the aeroelastic analysis, coupled time integration method were used to obtain time responses in the subsonic and transonic regions. To account for aerodynamic nonlinearity induced by shock wave on the lifting surface, transonic small disturbance equation with inphase periodic boundary condition was used for unsteady aerodynamic calculation. For 2-DOF airfoil system with displace-dependent friction dampers, the effects of normal load slope and Mach number on flutter boundary were investigated.
노즐 가진에 의한 터빈의 강제 및 천이 진동 응답을 예측하는 것은 중요한 문제가 된다. 팬이나 압축기 단계에서는 플러터 안정성 또한 중요한 문제이다. 이러한 안정성을 증가시키고 진동 수준을 감소시키고 위하여 때때로 마찰 감쇠기와 같은 부가적인 감쇠요소가 블레이드 디스크에 부착이 된다. 본 연구에서는 마찰 감쇠기가 있는 일치된 블레이드 디스크의 강제 및 천이 진동 해석을 위한 시스템을 개발하고 검증하였다. 강제 진동 해석을 위하여는 다중조화균형방법과 주기경계조건이 사용되었다. 또한 집중된 구조 비선형성인 마찰 감쇠기가 있는 구조물의 거동을 모사하기 위하여 가상질량법으로 얻어진 모드가 사용되었다. 이러한 모드와 전형적인 자유 진동 모드의 상대적인 수렴성을 비교하였다. 천이 해석을 위하여는 실수형 변환 행렬과 Runge-Kutta 방법이 사용되었다. 계산된 천이 응답에 대한 외부 가진력의 크기와 각가속도의 영향을 살펴보았다. 공탄성 해석을 위하여는 연계시간 적분법이 사용되어 아음속 및 천음속 영역에서 시간 응답을 구하였다. 비정상 공기력 계산 시, 양력면 위의 충격파에 의한 공기역학적 비선형성을 고려하기 위하여 동위상 경계조건이 적용된 천음속 미소교란 방정식이 사용되었다. 변위 종속적인 마찰 감쇠기가 있는 2자유도 에어포일 시스템에 대하여 플러터 경계에 대한 수직력의 기울기와 마하수의 영향을 살펴보았다.
