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wt-online - Ausgabe 10-2009, S. 773-778

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Umformtechnik, Luft-/Raumfahrt, Simulation

Kopplung zwischen FEM und BEM zur Simulation des Festwalzens von Fan- und Turbinenschaufeln *

Hochbelastete Komponenten moderner Flugzeugtriebwerke, beispielsweise Fan- und Turbinenschaufeln, müssen strenge Anforderungen hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Schadenstoleranz erfüllen. Das Einbringen von Druckeigenspannungen und Kaltverfestigung in die Randzone durch das Festwalzen hat sich als eine vielversprechende Methode erwiesen, um die Schadenstoleranz dieser Komponenten signifikant zu erhöhen. Das Ermitteln optimierter Prozessparameter für die Erzeugung eines definierten Randzonenzustands erfordert allerdings aufwendige experimentelle Voruntersuchungen, die mit zeit- und kostenintensiven Messungen verbunden sind. Dieser Fachbeitrag stellt eine innovative Simulationsmethode für das Festwalzen vor, die durch die Kopplung der Finite-Elemente-Methode (FEM) und der Randwert-Elemente-Methode (Boundary Element Method – BEM) realisiert wird. Dies gestattet eine effiziente und genaue Simulation des Randzonenzustands nach dem Festwalzen sowie die Bestimmung der hierdurch erzeugten Spannungen und Verformungen des gesamten Bauteils.

Coupled FEM/BEM-Simulation of the roller burnishing of fan and turbine blades

Highly stressed components of modern aircraft engines, like fan and compressor blades, have to satisfy stringent requirements regarding durability and reliability. The induction of compressive residual stresses and strain hardening in the surface layer of these components by roller burnishing has proven as a very promising method to significantly increase their fatigue resistance. In order to achieve a defined state of the surface layer, the determination of optimal process parameters for a given task still requires an elaborate experimental set-up and subsequent time-consuming and cost-extensive measurements. This article presents an innovative methodology for simulation of the roller burnishing process using a coupling of the finite element analysis (FEA) with the fast boundary element analysis (BEA). This enables a very efficient and accurate simulation of the surface layer state after roller burnishing as well as the determination of the thereby caused stresses and deformations of complete components.

Autor:
Klocke, F.; Bäcker, V.; Wegner, H.; Mattfeld, P.

Der vollständige Beitrag ist erschienen in:
wt-online 10-2009, Seite 773-778
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