Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Assemblies vibrations“

High cycle fatigue (HCF) failure has been studied extensively over the last two decades. Its impact on jet engines is severe enough that may result in engine losses and even life losses. The main requirement for fatigue life predictions is the stress caused by mechanical vibrations. One of the factors which have major impact on the vibratory stresses of bladed disk assemblies is a phenomenon called &ldquo<br>mistuning&rdquo<br>which is defined as the vibration localization caused by the loss of cyclic periodicity which is a consequence of inter&amp<br>#8208<br>blade variations in structural properties. In this thesis, component mode synthesis method (CMSM) is combined with nonlinear forced response analysis in modal domain. Newton&amp<br>#8208<br>Raphson and arc length continuation procedures are implemented for the solution. The component mode synthesis method introduces the capability of imposing mistuning on the modal properties of each blade in the assembly. Forced response analysis in modal domain reduces the problem size via mode truncation. The main advantage of the proposed method is that it is capable of calculating nonlinear forced response for all the degrees&amp<br>#8208<br>of&amp<br>#8208<br>freedom at each blade with less computational effort. This makes it possible to make a stress analysis at resonance conditions. The case studies presented in this thesis emphasize the importance of number of modes retained in the reduced order model for both CMSM and nonlinear forced response analysis. Furthermore, the results of the case studies have shown that both nonlinearity and mistuning can cause shifts in resonance frequencies and changes in resonance amplitudes. Despite the changes in resonance conditions, the shape of the blade motion may not be affected.

This doctoral thesis concerns flanking transmission in light weight, wooden multi-storey buildings within the low frequency, primarily 20-120 Hz. The overall aim is to investigate how the finite element method can contribute in the design phase to evaluate different junctions regarding flanking transmission. Two field measurements of accelerations in light weight wooden buildings have been evaluated. In these, two sources; a stepping machine, and an electrodynamic shaker, were used. The shaker was shown to give more detailed information. However, since a light weight structure in field exhibit energy losses to surrounding building parts, reliable damping estimates were difficult to obtain. In addition, two laboratory measurements were made. These were evaluated using experimental modal analysis, giving the eigenmodes and the damping of the structures. The damping for these particular structures varies significantly with frequency, especially when an elastomer is used in the floor-wall junction. The overall damping is also higher when elastomers are used in the floor-wall junction in comparison to a screwed junction. By analysing the eigenmodes, using the modal assurance criterion, of the same structure with two types of junctions it was concluded that the modes become significantly different. Thereby the overall behavior differs. Several finite element models representing both the field and laboratory test setups have been made. The junctions between the building blocks in the models have been modeled using tie or springs and dashpots. Visual observation and the modal assurance criterion show that there is more rotational stiffness in the test structures than in the models. The findings in this doctoral thesis add understanding to how modern joints in wooden constructions can be represented by FE modelling. They will contribute in developing FE models that can be used to see the acoustic effects prior to building an entire house. However, further research is still needed.<br>Denna doktorsavhandling behandlar flanktransmission i flervåningshus med trästomme, inom det lågfrekventa området, främst 20-120 Hz. Det övergripande målet är att undersöka hur finita elementmetoden kan bidra i konstruktionsfasen för att utvärdera olika knutpunkters inverkan på flanktransmissionen. Två fältmätningar av accelerationer i trähus har utvärderats. I dessa har två olika lastkällor använts, i den första en stegljudsapparat och i den andra en elektrodynamisk vibrator (shaker). Det visades att shakern kan ge mer detaljerad information, men eftersom vibrationerna även sprider sig till omgivande byggnadsdelar vid fältmätningarna var det svårt att estimera tillförlitliga dämpningsdata även då shaker användes. Fältmätningarna följdes av två mätningar i laborationsmiljö. Dessa två experiment utvärderades med experimentell modalanalys, vilket ger egenmoder och dämpning hos strukturerna. Dämpningen för dessa trähuskonstruktioner varierar kraftigt med frekvens. Extra stora variationer registreras då en elastomer användes i knutpunkten mellan golv och vägg. Den totala dämpningen är generellt högre när elastomerer används i knutpunkten mellan golv och vägg i jämförelse med då knutpunkten är skruvad. Genom att analysera egenmoder och deras korrelationer (MAC), för samma trästruktur men med olika typer av knutpunkter, drogs slutsatsen att knutpunkten drastiskt förändrar strukturens dynamiska beteende. Flera finita elementmodeller av både fält- och laboratorieuppställningar har gjorts. I dessa har knutpunkterna mellan byggnadsdelar modellerats helt styvt eller med hjälp av fjädrar och dämpare. Visuella observationer av egenmoder och korrelationen dem emellan visar att det finns mer rotationsstyvhet i försöken än i finita elementmodellerna. Resultaten i denna doktorsavhandling har gett förståelse för hur knutpunkter i träkonstruktioner beter sig och kan simuleras med finit elementmodellering. Vidare kan resultaten bidra till utvecklingen av FE-modeller som kan användas för att kunna se de akustiska effekterna redan under konstruktionsstadiet. Dock behövs ytterligare forskning inom området.

Les assemblages de combustible nucléaire dans le cœur d’un réacteur à eau pressurisée(REP) sont immergés dans un écoulement axial. Cet écoulement exerce une charge hydrodynamique sur les assemblages et est responsable de leur couplage et de leurs vibrations. De plus, lors d’un tremblement de terre ou d’un événement LOCA (Loss Of CoolantAccident), les assemblages de combustible sont soumis à de fortes oscillations. La charge hydrodynamique peut déformer les assemblages, générant une déformation arquée, tandis que des oscillations plus fortes, comme lors d’un événement sismique,peuvent être à l’origine d’impacts sur les assemblages. Afin de garantir l’intégrité et la sûreté du cœur du réacteur, les industries nucléaires souhaitent améliorer la connaissance phénoménologique des interactions fluide-structure à l’intérieur du cœur d’un réacteur à eau pressurisée. Les ingénieurs ont donc besoin de modèles numériques pour le comportement mécanique et de campagnes expérimentales pour les valider et définir leurs limites.L’étude présentée dans ce document est principalement divisée en trois campagnes expérimentales visant à étudier : les effets d’oscillation de l’assemblage dans un fluide au repos, les phénomènes de traînée sur les assemblages de combustible en régime permanent sous un écoulement et le comportement des oscillations des assemblages lorsqu’ils sont immergés dans un écoulement. Deux installations expérimentales sont utilisées :SBF (Shaking Bundle Facility) et Eudore. SBF accueille un assemblage fictif de pleine hauteur soumis à un écoulement axial sur une table vibrante. Grâce à des techniques optiques, le champ de vitesse du fluide et le mouvement de l’assemblage peuvent être mesurés. L’installation Eudore utilise trois assemblages réduits en ligne, soumis à un écoulement axial, avec la possibilité d’appliquer une excitation sismique à l’ensemble de la section d’essai. L’instrumentation développée sur Eudore permet de mesurer les déplacements des assemblages, le champ de vitesse du fluide et les forces d’impact.Les expériences réalisées sur Eudore sont simulées à l’aide d’un outil de calcul numérique développé au CEA, nommé FSCORE, basé sur une approche en milieu poreux. Cette approche permet d’accéder à un modèle de fluide équivalent et à un modèle de structure équivalent définis sur l’ensemble du domaine à partir de l’intégration spatiale d’équations locales. Les équations de mouvement du fluide équivalent et de la structure équivalente sont établies séparément, pour fournir un modèle couplé fluide-structure prenant en compte les contacts entre les assemblages.A l’aide d’un modèle analytique, les résultats expérimentaux obtenus sur Eudore sont utilisés pour retrouver le coefficient de traînée présent dans FSCORE. Les résultats expérimentaux et numériques sont largement discutés et montrent un bon accord<br>Nuclear fuel assemblies in Pressurized Water Reactor (PWR) core are immersed in anaxial flow. This flow exerts a hydrodynamic load on the assemblies, and it is responsible fortheir coupling and vibrations. Furthermore, during an earthquake or a LOCA event (LossOf Coolant Accident), fuel assemblies are subjected to strong oscillation amplitudes. The hydrodynamic load can deform the assemblies, generating assembly bow, while strongeroscillations, such in a seismic event, can be responsible for assemblies impacts. In order to ensure the reactor core integrity and safety, nuclear industries want to improve thephenomenological knowledge of fluid-structure interactions inside a PWR core. Thus, engineersneed numerical models for mechanical behavior of fuel assemblies and experimentalcampaigns to validate them and define their limits.The study presented in this document is mainly divided in three experimental campaignsand aim to investigate: the assembly oscillation effects in fluid at rest, the dragphenomena on steady state fuel assemblies under a flow and the assemblies oscillationsbehavior when immersed in a flow. Two experimental facilities are used: SBF (ShakingBundle Facility) and Eudore. SBF hosts one full-height surrogate assembly under axialflow on a vibrating table. By using optical technique, the velocity field of the fluid andassembly motion can be measured. Eudore facility uses three reduced assemblies in line,under axial flow with the possibility of applying seismic excitation to the entire test section.The instrumentation developed on Eudore makes it possible to measure the displacementsof the assemblies, velocity field of the fluid and the impact forces.The experiments performed on Eudore are simulated with a numerical calculation tooldeveloped at CEA, named FSCORE, based on a porous medium approach. This approachprovides access to an equivalent fluid model and an equivalent structure model defined overthe entire domain from the spatial integration of local equations. The equations of motionof the equivalent fluid and of the equivalent structure are established separately, to providea coupled model taking into account the contacts between assemblies.With the help of an analytical model, the experimental results obtained on Eudoreare used to retrieve the drag coefficient present in FSCORE. Experimental and numericalresults are widely discussed and show good agreement

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la tenue au séisme des coeurs de réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). Plus précisément, l'objectif de cette thèse est l'étude expérimentale du couplage entre assemblages combustibles induit par un écoulement d'eau axial. Les phases de conception, réalisation et mise en service d'une nouvelle installation appelée ICARE EXPERIMENTAL sont présentées. ICARE EXPERIMENTAL a été conçue pour observer simultanément les vibrations de quatre maquettes d'assemblages combustibles (2x2) confinées sous écoulement ascendant. Une nouvelle méthode d'analyse de données combinant analyse temps-fréquence et décomposition sur modes propres orthogonaux (POD) est décrite. Cette méthode, appelée Sliding Window POD (SWPOD), permet l'analyse de signaux à plusieurs composantes dont la répartition spatiale de l'énergie et le contenu fréquentiel varient avec le temps. Dans le cas de systèmes mécaniques (linéaires et non-linéaires), le lien entre les modes propres orthogonaux obtenus par la SWPOD et les modes normaux (linéaires et non-linéaires) est étudié. Les mesures obtenues avec l'installation ICARE EXPERIMENTAL sont analysées avec la SWPOD. Les premiers résultats mettent en évidence des mouvements caractéristiques des assemblages non excités, au passage de leurs résonances. Ce couplage entre assemblages combustibles, induit par le fluide, est reproduit par les simulations réalisées à l'aide du code de calcul COEUR3D. Ce code est basé sur une approche milieu poreux pour simuler un réseau d'assemblages combustibles sous écoulement<br>The present study is in the scope of pressurized water reactors (PWR) core response to earthquakes. The goal of this thesis is to measure the coupling between fuel assemblies caused an axial water flow. The design, production and installation a new test facility named ICARE EXPERIMENTAL are presented. ICARE EXPERIMENTAL was built in order to measure simultaneously the vibrations of four fuel assemblies (2x2) under an axial flow. A new data analysis method combining time-frequency analysis and orthogonal mode decomposition (POD) is described. This method, named Sliding Window POD (SWPOD), allows analysing multicomponent data, of which spatial repartition of energy and frequency content are time dependent. In the case of mechanical systems (linear and nonlinear), the link between the proper orthogonal modes obtained through SWPOD and the normal modes (linear and nonlinear) is studied. The measures acquired with the ICARE EXPERIMENTAL installation are analysed using the SWPOD. The first results show characteristic behavior of the free fuel assemblies at their resonances. The coupling between fuel assemblies, induced by the fluid, is reproduced by simulations performed using the COEUR3D code. This code is based on a porous media model in order to simulate a fuel assemblies network under axial flow

<p>Two state of the art finite element reduction techniquespreviously validated against the direct finite element method,one based on classical modal analysis and another based oncomponent mode synthesis, are applied for efficient mistunedfree vibration and forced response analysis of several bladeddisk geometries. The methods are first applied to two testcases in order to demonstrate the differences in computationalefficiency as well as to validate the methods againstexperimental data. As previous studies have indicated, nonoticeable differences in accuracy are detected for the currentapplications, while the method based on classical modalanalysis is significantly more efficient. Experimental data(mistuned frequencies and mode shapes) available for one of thetwo test cases are compared with numerical predictions, and agood match is obtained, which adds to the previous validationof the methods (against the direct finite element method).</p><p>The influence of blade-to-blade coupling and rotation speedon the sensitivity of bladed disks to mistuning is thenstudied. A transonic fan is considered with part span shroudsand without shrouds, respectively, constituting a high and alow blade-to-blade coupling case. For both cases, computationsare performed at rest as well as at various rotation speeds.Mistuning sensitivity is modelled as the dependence ofamplitude magnification on the standard deviation of bladestiffnesses. The finite element reduction technique based onclassical modal analysis is employed for the structuralanalysis. This reduced order model is solved for sets of randomblade stiffnesses with various standard deviations, i.e. MonteCarlo simulations. In order to reduce the sample size, thestatistical data is fitted to a Weibull (type III) parametermodel. Three different parameter estimation techniques areapplied and compared. The key role of blade-to-blade coupling,as well as the ratio of mistuning to coupling, is demonstratedfor the two cases. It is observed that mistuning sensitivityvaries significantly with rotation speed for both fans due toan associated variation in blade-to-blade coupling strength.Focusing on the effect of one specific engine order on themistuned response of the first bending modes, it is observedthat the mistuning sensitivity behaviour of the fan withoutshrouds is unaffected by rotation at its resonant condition,due to insignificant changes in coupling strength at thisspeed. The fan with shrouds, on the other hand, shows asignificantly different behaviour at rest and resonant speed,due to increased coupling under rotation. Comparing the twocases at resonant rotor speeds, the fan without shrouds is lessor equally sensitive to mistuning than the fan with shrouds inthe entire range of mistuning strengths considered.</p><p>This thesis’scientific contribution centres on themistuning sensitivity study, where the effects of shrouds androtation speed are quantified for realistic bladed diskgeometries. However, also the validation of two finite elementreduction techniques against experimental measurementsconstitutes an important contribution.</p>

Les disques aubagés, que l'on trouve dans les turbomachines, sont des structures complexes dont le comportement vibratoire est généralement déterminé par l'exploitation de conditions de symétrie dans leur configuration nominale. Cette symétrie disparaît lorsque l'on assemble plusieurs de ces disques pour former un rotor ou que l'on introduit une variabilité spatiale des paramètres mécaniques (on parle de désaccordage intentionnel ou non). Le raffinement des maillages, nécessaire à une évaluation correcte de la répartition des contraintes, conduirait à des modèles de rotor complet de taille prohibitive (plusieurs dizaines de millions de degrés de liberté). L'objectif de cette thèse est donc l'introduction de méthodologies de réduction qui par combinaison de calculs acceptables permettent d'étudier de façon fine la dynamique d'ensemble sur des modèles 3D fins multi-étages et potentiellement désaccordés. L'étude des transformations de Fourier séparées des réponses de chaque étage permet, dans un premier temps, de bien comprendre les effets de couplage inter-harmonique liés au couplage inter-disque et au désaccordage. A partir de ce constat, une première méthode utilise les résultats de calculs en symétrie cyclique et à secteur encastré pour construire un modèle de secteur exact pour certains modes dits cibles et de très bonne qualité pour les autres modes. Cette méthode est ensuite étendue au cas multi-étage en construisant des bases de réduction de secteur par combinaison de solutions mono-harmoniques. Les illustrations montrent que la méthodologie proposée permet le traitement de modèles de très grande taille, tout en restant compatible avec une grande richesse de post-traitements (calculs de modes, calculs de réponses forcées, analyses de leur contenu harmonique spatial, répartition d'énergie et effets de localisation...). La méthodologie est enfin étendue à la gestion de modèles paramétrés en vitesse de rotation. L'enrichissement des ensembles de modes cibles par des calculs à trois vitesses permet ainsi une reconstruction rapide de l'évolution des fréquences pour l'ensemble d'un intervalle.

Ces travaux ont été développés dans le contexte de l'analyse vibratoire des assemblages combustibles. Ce type de structure est très complexe et a, du fait de sa géométrie, une très forte densité modale. Ainsi, afin de calculer la réponse d'une telle structure, une modélisation simplifiée est préférable. L'objectif est d'identifier des forces stochastiques induites par l'écoulement en utilisant un modèle numérique incertain et des réponses expérimentales. Pour ce problème, 4 sources d'incertitudes sont à prendre en considération : (1) Les incertitudes de modèle induites par les simplifications du modèle. (2) Les incertitudes sur les forces induites par les fluctuations statistiques de la pression turbulent. (3) Les incertitudes concernant la modélisation des forces stochastiques. (4) Les incertitudes induites par les erreurs de mesures. Les forces stochastiques ainsi identifiées sont appliquées sur le modèle simplifié stochastique pour calculer des statistiques sur les quantités d'intérêt