Numerical and experimental analysis of the dynamic behavior of a rotor- blade system

The rotor-bladed systems are commonly used in industrial applications, such as in turbines, ventilators, and compressors. One interesting way to understand their dynamic behavior and characteristics is to work with representative mathematical models. Therefore, this work aims to study the mathematical model of a system in which the rotor, considered as rigid, is coupled with four flexible rotating blades. The equations of motion are derived using Lagrange dynamics, resulting in time dependent and periodic matrices. Thus, the model can be considered as linear time variant. The equations of motion are discretized using the finite element method and solved numerically to obtain the vibration responses of the model. Additionally, a stability analysis is presented employing the Floquet’s theory and the multiblade coordinate transformation. Finally, experiments were carried out to identify the modal parameters of the rotor-bladed system. Hence, a comparison was made to highlight the model representativeness and its limitations.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoDissertação (Mestrado)Os sistemas rotativos com pás são amplamente usados em aplicações industriais, como por exemplo, em ventiladores, turbinas e compressores. Uma forma de entender o comportamento destes sistemas rotativos é utilizar modelos matemáticos representativos. Neste contexto, o presente trabalho apresenta o modelo matemático de um rotor acoplado a quatro vigas (palhetas) que representam as pás. O rotor é considerado um corpo rígido enquanto as palhetas são modeladas como corpos flexíveis. As equações do movimento são determinadas considerando o sistema como um sistema formado por vários corpos e apresentam matrizes cujos elementos são funções do tempo e periódicos. Assim, as equações do movimento são resolvidas numericamente para obter as respostas de vibração do sistema. Além disso, é feito um estudo da estabilidade do sistema utilizando a teoria de Floquet e a transformação de coordenadas multi-pás. Para verificar a capacidade do modelo de representar a realidade, os resultados das simulações numéricas são comparados com parâmetros identificados experimentalmente. Desta forma é possível apontar a capacidade do modelo de reproduzir os fenômenos observados experimentalmente, bem como as suas limitações