Probabilistische Design-Methoden und ihre Anwendung bei der strukturmechanischen Auslegung von Turbinenschaufeln

Abstract

Thermische und mechanische Randbedingungen sowie Materialeigenschaften und geometrische Großen unterliegen in realen Bauteilen einer gewissen Streuung. Während diese bei deterministischen strukturmechanischen Analysen, wie sie heute fast ausschliesslich Verwendung finden, nicht berücksichtigt werden, sondern lediglich eine „Musterantwort“ der Struktur ermittelt wird, können mit probabilistischen Design-Methoden auch die Verteilungsfunktionen der stochastischen Eingangsgrößen in die Strukturanalyse einbezogen werden. Als Resultat erhält man die empirischen Verteilungen der Ergebnisgroßen sowie die Sensitivitäten der stochastischen Modellparameter. Im Beitrag werden mehrere probabilistische Design-Methoden erläutert und deren Anwendbarkeit auf reale komplexe Bauteilberechnungen beurteilt. Am Beispiel einer probabilistischen Analyse der zyklischen Lebensdauer einer Gasturbinenschaufel werden schliesslich die Herausforderungen bei der Anwendung der direkten Monte-Carlo-Simulationsmethode auf reale Bauteile dargestellt sowie die Ergebnisse und die Vorgehensweise kritisch diskutiert.