An evaluation of the FE-model adopted for modal analysis in the fan booster spool project, GEnx.

Abstract: Avsikten med denna avhandling är att utvärdera den FE-modell som använts i modalanalyser av komponenten fan booster spool, framtagen och tillverkad av Volvo Aero Corporation, Trollhättan. Detaljen ingår i den civila flygplansmotorn GEnx som är utvecklad för flygplanet Boeing 787 Dreamliner. Inledande tester av spolen påvisade en mycket god korrelation mellan analys och test men när spolen senare provkördes i en komplett monterad motor noterades en uppenbar skillnad i resultat. Den andra noddiameterns egenfrekvenser indikerade att spolen i test hade ett något styvare beteende än vad som beräknats i analys. En teori utvecklades som byggde på att en initiell kontakt mellan rotor och ett slitskikt på statorn kunde framkalla en förstyvande effekt på spolen när rotorn på grund av rotationslaster expanderar radiellt. Detta examensarbete initierades då för att undersöka om denna kontakt kunde inkluderas i FE-modellen och för att utreda om kontakten har en möjlighet att förstyva spolen. Avhandlingen utvärderar FE-modellen med avseende på randvillkor, laster och modelleringsteknik i FE-programmet Ansys 10.0. En grundlig kartläggning av spolens känslighet påvisar en robust komponent med hög motståndskraft mot yttre och inre störningar. En förstyvande effekt relaterad till en initiell kontakt mellan slitskikt och spole bekräftas i denna avhandling. Kontakten har visat sig ha särskild inverkan på den andra noddiametern och dess egenfrekvenser. Ett förslag på modelleringsteknik där den förstyvande effekten inkluderas har däremot inte föreslagits i detta arbete då effekten enligt uppgift går förlorad efter en inkörningsperiod. Det har i detta arbete visats att det kommando som i Ansys tidigare använts för att kompensera för så kallade spin softening-effekter, kspin, resulterar i konservativa värden för spolens egenfrekvenser. En rekommendation baserad på de resultat som framkommit är därför att utesluta funktionen kspin i modalanalyser för denna komponent. Valet av sektorstorlek och kopplingsmetod mellan masselement och spole har också visats ha en tydlig inverkan på de beräknade egenfrekvenserna. Spolens radiella förskjutningar har analyserats som funktion av rotationshastigheten. Resultatet visar att den hastighet då kontakt mellan tätningständer och spole etableras är nästintill identisk med den hastighet då töjningar först börjar uppträda i spolen enligt testdata från töjningsgivarprov.