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Beschaufelte Scheiben in Turbo-Luftfahrttriebwerken sind hohen Schwingungsbelastungen ausgesetzt. Der Bedarf, leichtere Strukturen und somit treibstoffeffizientere Triebwerke zu bauen, stößt an die derzeitigen Grenzen der mechanischen Auslegung und macht es erforderlich, neue Ansätze zur Schwingungsdämpfung zu entwickeln.
Vibro-Impact Absorber bestehen aus einer kleinen Masse, die sich in einem Hohlraum jeder Schaufel befindet. Wenn die Schaufeln vibrieren, kommt es zu Stößen zwischen dem Absorber und den Kavitätswänden. Aus Analysen von isolierten Schaufeln ist bereits bekannt, dass diese Stöße zu einer irreversiblen Streuung von Mechanischer Energie auf höhere Moden führen, die die Energie schneller dissipieren als die kritische Resonanzschwingung einer Mode niedrigerer Ordnung. Dies kann zu einer Verringerung der Resonanzamplitude des Schaufelblatts von bis zu einer Größenordnung im Vergleich zu seiner Resonanzamplitude ohne Absorber führen.
Betrachtet man eine ganze rotationsperiodische Anordnung von Schaufeln, d. h. eine beschaufelte Scheibe, wird das Schwingungsverhalten komplizierter. Die starke Nichtlinearität durch die Vibro-Impact Absorber führt hier zu einer großen Menge von koexistierenden möglichen Schwingungsantworten. Neben Antworten, bei denen die Absorber in allen Schaufeln aktiviert werden, können kleine Störungen der symmetrischen Antwort zur Lokalisierung von Energie, und somit hohen Amplituden, in einer Teilmenge aller Schaufeln führen. Diese lokalisierten Antworten können möglicherweise zu einer geringeren Schwingungsdämpfung führen als bei isolierten Schaufeln. Nichtsdestotrotz kann die maximale Resonanzamplitude in jedem Fall erheblich reduziert werden.
Wir bieten ständig Bachelor- und Masterarbeiten zu diesem Thema an. Wenn Sie Interesse haben, schreiben Sie mir bitte eine E-Mail.
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Begutachtete Zeitschriftenaufsätze
Weidemann, T.; Bergman, L. A.; Vakakis, A. F.; Krack, M.: Energy transfer and localization in a forced cyclic chain of oscillators with vibro-impact nonlinear energy sinks. Nonlinear Dynamics, 2025. doi: 10.1007/s11071-025-10928-4
Tempelman, J. R.; Weidemann, T.; Flynn, E. B.; Matlack, K. H.; Vakakis, A. F.: Physics-informed machine learning for the inverse design of wave scattering clusters. Wave Motion, 2024. doi: 10.1016/j.wavemoti.2024.103371
Weidemann, T.; Carassale, L.; Denoel, V.; Krack, M.: On the broadband efficacy of impact absorbers. Journal of Sound and Vibration, 2024. doi: 10.1016/j.jsv.2023.118161
Konferenzbeiträge
Gross, J.; Pitzal, M.; Weidemann, T.; Algara, A.; Gulkanov, A.; Salles, L.; Brake, M. R. W.; Schwingshackl, C.; Witteveen, W.; Krack, M.: TRC 2024 - Project 2: Methods for Strongly Discontinuous Contact Events Based on Time Step Integration. International Modal Analysis Conference 2025, Orlando, FL, USA
Weidemann, T.; Bergman, L. A.; Vakakis, A. F.; Krack, M.: Dynamik einer zyklischen Schwingerkette mit Vibro-Impact Absorbern. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2024, Hamburg, DE
Vogel, L.; Weidemann, T.; Krack, M.: Experimental quantification of the inter-modal energy scattering in a structure with vibro-impact absorber. European Nonlinear Dynamics Conference 2024, Delft, NL
Weidemann, T.; Vakakis, A. F.; Krack, M.: Dynamics of a cyclic chain of oscillators with vibro-impact absorbers. European Nonlinear Dynamics Conference 2024, Delft, NL
Dezember 2023 – heute: Doktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Luftfahrtantriebe unter Prof. Malte Krack
Juli 2024 – August 2024: Gastwissenschaftler Imperial College London im Rahmen des Tribomechadynamics Research Camp (TRC) 2024
Mai 2023 – Oktober 2023: Gastwissenschaftler am Grainger College of Engineering der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) bei Prof. A. F. Vakakis und Prof. L.A. Bergman
April 2021 – Oktober 2023: Studium der Luft- und Raumfahrttechnik, M.Sc. an der Universität Stuttgart
Oktober 2017 – April 2021: Studium der Luft- und Raumfahrttechnik, B.Sc. an der Universität Stuttgart
Experimental quantification of the inter-modal energy scattering in a structure with impact absorber – Bachelorarbeit, 2024, Universität Stuttgart
Zur Validierung oder Verbesserung der Modellierung von Strukturen mit Vibro-Impact Absorbern ist eine genaue experimentelle Beobachtung des Wirkprinzips unerlässlich. Letzteres basiert auf einem Energietransfer von niedrigen zu höheren Moden der Struktur, welche die mechanische Energie auf einer schnelleren Zeitskala dissipieren was zu einer Reduktion des Schwingungsniveaus führt. In dieser Abschlussarbeit wurde eine Methode zur experimentellen Bestimmung der modalen Energieverteilung basierend auf Messdaten entwickelt und an einem existierenden Prüfstand getestet. Die Studentin stellte ihre Ergebnisse auf der European Nonlinear Dynamics Conference (ENOC) 2024 in Delft vor.
Numerical and experimental studies of a non-aligned vibro-impact absorber – Masterarbeit, 2024, MTU Aero Engines und Universität Stuttgart
Die Schaufeln von Turbinenrotorstufen sind hohen thermo-mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dazu gehören Schwingungsbeanspruchungen durch äußere Krafteinwirkung und/oder Selbsterregung. In einigen Fällen besonders hoher Schwingungsbelastungen ist es notwendig, zusätzliche Dämpfungssysteme zu installieren, um die Belastung zu reduzieren. Neben Systemen, die die Energiedissipation durch Reibung zur Dämpfung nutzen, wurden in letzter Zeit Dämpfungssysteme entwickelt, die auf dem Effekt des Inter-modalen Energietransfers durch Vibro-Impact Absorber basieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die verschiedenen Antworttypen eines Systems unter Fremderregung mit Vibro-Impact Absorber bewertet, in dem die Kavität nicht entlang der Hauptschwingungsrichtung der Struktur ausgerichtet ist. Zudem wurde die Abhängigkeit der Performance von der Konstruktion des Absorbers - hinsichtlich des Durchmessers der Kugel und der Länge des Hohlraums - untersucht, um die am besten geeigneten Parameterbereiche zu ermitteln.
Best Presentation Award (2024) Erster Platz der Jury Wertung sowie der Wertung der restlichen Teilnehmer zur besten Präsentation beim Workshop “Exploiting Nonlinearities in Metamaterials/Metastructures: from Modelling to Applications” organisiert vom NOLIMAST Projekt
MT Aerospace Innovationspreis (2024) Nachwuchspreis der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (DGLR) für die Masterarbeit „Dynamik einer zyklischen Schwingerkette mit Vibro-Impact Absorbern“
Reissner Stipendium (2023) verliehen von der Reissner Stiftung für die Zeit als Gastwissenschaftler an der University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC)