Nonlinear Normal Modes-Related Isolated Branches of Subharmonic Solutions for Forced Response Blade-Tip/Casing Contact Problems - Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat
Communication Dans Un Congrès Année : 2024

Nonlinear Normal Modes-Related Isolated Branches of Subharmonic Solutions for Forced Response Blade-Tip/Casing Contact Problems

Branches de solutions subharmoniques isolées sous-tendues par des modes normaux non linéaires pour des problèmes de réponse forcée en configuration de contact aube/carter

Résumé

Abstract This article investigates the emergence of isolated branches of solutions for blade-tip/casing structural contact configurations by means of a numerical procedure relying on Melnikov’s energy principle. This study is carried out on the open fan blade model NASA rotor 67 in order to promote the reproducibility of the results. The blade is subjected to an harmonic forcing so as to initiate rubbing interactions. Contact is modeled in the frequency domain by the dynamic Lagrangian frequency-time harmonic balance method (DLFT-HBM) that accounts for vibro-impact as well as dry friction. This paper employs an isola detection procedure that was shown to give accurate results on such highly nonlinear applications [1]. Several types of harmonic forcing are applied to the blade in order to observe subharmonic (i.e. with a fundamental frequency expressed as a fraction of the excitation frequency) isolated solutions. The existence of these solutions is shown to be related to nonlinear normal modes that feature lower periodicities than the excitation. The periodicity of the solutions is assumed to be linked to the periodicity of the nonlinear normal modes from which these solutions emerge. In some configurations, it is shown that nonlinear periodic solutions exist in the form of isolated branches while the main predicted response remains within the linear domain. This behavior is particularly detrimental since numerical strategies tackling nonlinear problems are usually not put to use when the response of the system is expected to be linear. The existence of such solutions is cross-checked by means of reference time integration simulations. Finally, an excitation of random shape is applied to show that this complex phenomenon persists for non-simplified excitation shapes.
Cet article étudie l’émergence de branches isolées de solutions pour les configurations de contact aube/carte en utilisant une procédure numérique reposant sur le principe énergétique de Melnikov. Cette étude est réalisée sur le modèle ouvert d’aube de soufflante NASA rotor 67 afin de promouvoir la reproductibilité des résultats. La pale est soumise à un forçage harmonique afin d’initier des interactions de contact. Le contact est modélisé dans le domaine fréquentiel par la méthode Dynamic Lagrangian Frequency/Time Harmonic Balance Method (DLFT-HBM) qui prend en compte le vibro-impact ainsi que le frottement sec. Cet article utilise une procédure de détection des isolas qui s’est avérée donner des résultats précis sur ces applications hautement non linéaires [1]. Plusieurs types de forçage harmonique sont appliqués à la pale afin d’observer des solutions isolées subharmoniques (c’est-à-dire avec une fréquence fondamentale exprimée comme une fraction de la fréquence d’excitation). On montre que l’existence de ces solutions est liée à des modes normaux non linéaires qui présentent des périodicités inférieures à celles de l’excitation. Il est montré que la périodicité des solutions est liée à la périodicité des modes normaux non linéaires à partir desquels ces solutions émergent. Dans certaines configurations, il est également observé que des solutions périodiques non linéaires peuvent exister sous la forme de branches isolées alors que la réponse principale demeure dans le domaine linéaire. Ce comportement est particulièrement préjudiciable car les stratégies numériques qui s’attaquent aux problèmes non linéaires ne sont généralement pas mises en oeuvre lorsque la réponse du système est censée être linéaire. L’existence de ces solutions est confirmée au moyen de simulations d’intégration temporelle avec une stratégie de référence. Enfin, une excitation de forme aléatoire est appliquée à l’aube pour montrer que ce phénomène complexe persiste pour des formes d’excitation non simplifiées.
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Avant la publication
samedi 13 septembre 2025
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samedi 13 septembre 2025
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Dates et versions

hal-04697419 , version 1 (13-09-2024)

Identifiants

Citer

Thibaut Vadcard, Fabrice Thouverez, Alain Batailly. Nonlinear Normal Modes-Related Isolated Branches of Subharmonic Solutions for Forced Response Blade-Tip/Casing Contact Problems. ASME Turbo Expo 2024: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Jun 2024, London, United Kingdom. ⟨10.1115/GT2024-122765⟩. ⟨hal-04697419⟩
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