Comparative study of blades reduced order models with geometrical nonlinearities and contact interfaces

Etude comparative de modèles réduits d'aubes avec non-linéarités géométriques et interfaces de contact

Elise Delhez (1, 2) , Florence Nyssen (1) , Jean-Claude Golinval (2) , Alain Batailly (1)

1 EPM - École Polytechnique de Montréal
2 Université de Liège

This paper investigates the use of different model reduction methods accounting for geometric nonlinearities. These methods are adapted to retain physical degrees-of-freedom in the reduced space in order to ease contact treatment. These reduction methods are applied to a 3D finite element model of an industrial compressor blade (NASA rotor 37). In order to compare the different reduction methods, a scalar indicator is defined. This performance indicator allows to quantify the accuracy of the predicted displacement both locally (at the blade tip) and globally. The robustness of each method with respect to variations of the external excitation is also assessed. The performances of the reduction methods are then compared in the case of frictional contact between the blade tip and the surrounding casing. This work brings evidence that reduced order models provide a computationally efficient alternative to full order finite element models for the accurate prediction of the time response of structures with both distributed and localized nonlinearities.

Cet article étudie l'utilisation de différentes méthodes de réduction de modèles tenant compte des non-linéarités géométriques. Ces méthodes sont adaptées afin de conserver des degrés de liberté physiques dans l'espace réduit et ainsi de faciliter le traitement du contact. Les méthodes de réduction sont appliquéesà un modèle éléments finis 3D d'une aube de compresseur industriel (l'aube rotor 37 de la NASA). Afin de comparer les différentes méthodes de réduction, un indicateur scalaire est défini. Cet indicateur de performance permet de quantifier la précision du déplacement prédit aussi bien localement (en bout d'aube) que globalement (dans toute l'aube). La robustesse de chaque méthode par rapport aux variations de l'excitation appliquée est aussiévaluée. Les performances des méthodes de réduction sont ensuite comparées dans le cas de contact avec frottement entre le bout d'aube et le carter. Ce travail montre que les modèles réduits sont des alternatives numériquement efficaces aux modèle séléments finis complets pour la prédiction précise de la réponse temporelle de structures mécaniques en présence de non-linéarités distribuées et localisées.

Mots clés: Reduced order model; geometrical nonlinearities; rotor/stator interaction

Mots clés: Modèle réduit; non-linéarités géométriques; interaction rotor/stator

Domaines: Génie mécanique [physics.class-ph]

Elise Delhez, Florence Nyssen, Jean-Claude Golinval, Alain Batailly. Comparative study of blades reduced order models with geometrical nonlinearities and contact interfaces. ASME Turbo Expo 2020, Sep 2020, London, United Kingdom. ⟨10.1115/GT2020-14882⟩. ⟨hal-02928234⟩