Analisi modale di un disco palettato in presenza di mistuning geometrico = Modal analysis of a bladed disc subject to geometric mistuning

Analisi modale di un disco palettato in presenza di mistuning geometrico L’analisi in frequenza di un qualsivoglia componente strutturale risulta di grande importanza nella progettazione dello stesso, in quanto si deve evitare che le condizioni di risonanza ricadano all’interno del range operativo del componente. Essa si traduce nell’analisi modale del sistema, che ne permette il calcolo delle frequenze naturali e dei modi propri. La tecnica di modellazione utilizzata nel presente lavoro è quella degli elementi finiti. Il componente in esame viene discretizzato tramite elementi SOLID 185 utilizzando il software Ansys Mechanical APDL, e mediante lo stesso viene effettuata l’analisi modale. L’obiettivo risulta essere l'analisi modale di uno stadio rotorico di turbina. Classicamente esso viene studiato mediante simmetria ciclica, avendo l’idea che in prima approssimazione il rotore sia costituito da n settori uguali e beneficiando quindi di un costo computazionale ridotto. Un passo in avanti nell’analisi di un disco palettato, il quale costituisce la peculiarità principale di questa tesi, si compie tenendo conto del mistuning, ovvero la fenomenologia legata a squilibri di varia natura nel rotore che rendono inaccettabile l’ipotesi di simmetria ciclica. Si dovrà ricorrere in questo caso, però, a modelli onerosi dal punto di vista computazionale. Dopo un capitolo di richiamo alle nozioni teoriche necessarie (capitolo 1), il primo passo (che verrà sviluppato nel capitolo 2) sarà lo studio in frequenza di una pala isolata, opportunamente vincolata, onde valutarne frequenze proprie e modi di vibrare. Ciò verrà svolto dapprima sulla geometria della pala nominale, e poi su un set di pale che differiscano dalla prima per la modifica casuale delle coordinate nodali della mesh; tale modifica simula l’incertezza dovuta alle tolleranze di lavorazione. Verranno poi confrontati i modi di vibrare delle pale cosiddette “reali” con quelli della pala nominale, tramite opportuni parametri di misura. Nel capitolo 3, è dato il modello di un settore rotorico composto dalla pala analizzata nel capitolo precedente e da una porzione di disco che si sviluppa per 1/40 dell’angolo giro. Applicando le opportune condizioni al contorno, si può studiare il rotore completo nell’ipotesi di simmetria ciclica. Tale lavoro viene svolto per il settore con geometria nominale e per una serie di settori “reali” come nel caso precedente; si tenga a mente che si tratta di sistemi comunque di tipo tuned. L’obiettivo del capitolo 4 è lo studio della risposta in frequenza del sistema rotore completo mistuned, ovvero un sistema per cui ad ogni pala viene imposta una geometria diversa, tramite modifiche diverse delle coordinate nodali.