Abschlussarbeit im Bereich Abgasturbolader

Themenvorschlag für Bachelorarbeit / Themenvorschlag für Masterarbeit
Mit Hinblick auf die Herausforderung, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, werden moderne Ottomotoren im Automobilbau heute mit dem Konzept des Downsizings entwickelt. Hierbei tragen Abgasturbolader in Verbindung mit Benzindirekteinspritzung dazu bei, moderne Verbrennungsmotoren leistungsstark und gleichzeitig effizient zu betreiben. Nahezu jeder Automobilhersteller setzt in aktuellen und zukünftigen Motorgenerationen auf das Downsizing-Konzept, wodurch der Bedarf an Abgasturboladern in den kommenden Jahren stark steigen wird.

Bei der Turboladerentwicklung spielt die Zuverlässigkeit der Strömungsmaschine eine dominierende Rolle. Eine Herausforderung ist hierbei auch die Auslegung des Turbinenrades. Der instationäre Betrieb verlangt ein schnelles Ansprechverhalten des Laders. Daher werden zur Optimierung der Rotorträgheit Schaufelprofile von Turbinen zunehmend dünner ausgeführt und sind damit anfälliger gegen Schwingbeanspruchung. Die Schwierigkeit liegt deshalb in der Vermeidung von High-Cycle-Fatigue Schäden durch dynamische Schwingungsbeanspruchung. Solche Schaufelschwingungen entstehen durch Fluid-Struktur-Interaktion, d.h. als Folge von aerodynamischer Anregung in Kombination mit Eigenschwingformen der Turbinenschaufel.

Die aerodynamische Anregung einer Radialturbine hängt maßgeblich von instationären sowie räumlich inhomogenen Strukturen des Strömungsfeldes am Turbineneintritt ab. Inhomogene Zuströmbedingungen am Eintritt in das Turbinenrad führen zu instationären Druckverläufen auf den Schaufeloberflächen. Bei Übereinstimmung von Eigenfrequenz des Turbinenrades mit der Frequenz der Schaufeldruckschwankungen kommt es zu Resonanzerscheinungen, die zu einer Beschädigung an der Turbine führen können.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen solche Resonanzzustände mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente untersucht werden.

Aufgabenbeschreibung:
Analyse der Eigenschwingungsformen von Radialturbinen
Ermittlung von Resonanzzuständen im Campbell-Diagramm
Interpolation von (vorhandenen) instationären Druckverläufen für die Einarbeitung von Druckrandbedingungen in das FE-Modell von Radialturbinen
Etablierung eines Berechnungsablaufs zur strukturmechanischen Bewertung von Schaufelschwingungen
Strukturmechanische Bewertung von berechneten Resonanzzuständen
Materialdatenrecherche für vorgegebenen Turbinenradwerkstoff und Erstellung eines Master-Diagramms

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Unternehmen

Thesius Inspiration

Abschlussart

Bachelorarbeit / Masterarbeit

Branche

Verkehrswesen

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