آنالیز مودال شفت و پروانه توربین توربوشارژر EF7 به روش تجربی و عددی

پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1071-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1دانشجوی کارشناسی ارشد طراحی کاربردی دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)
2دانشیار و عضو هیت علمی گروه مکانیک دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)
چکیده
در این پژوهش، برای شناسایی رفتار دینامیکی مجموعه‌ی شفت و پروانه‌ی توربین توربوشارژر و تعیین فرکانس‌های طبیعی آن، از آزمون چکش مودال و تحلیل عددی به کمک نرم‌افزار Abaqus استفاده شد. در بخش تجربی، مجموعه تحت تحریک ضربه‌ای قرار گرفت و پاسخ‌های ارتعاشی با شتاب‌سنج و آنالایزر دینامیکی ثبت گردید. پردازش سیگنال‌ها در حوزه‌ی فرکانس منجر به استخراج تابع پاسخ فرکانسی و شناسایی مودهای ارتعاشی شد، به‌طوری که فرکانس طبیعی نخست در حدود ۱۸۶۰ Hz (رفتار خمشی اولیه) به‌دست آمد و ضریب هم‌بستگی داده‌ها 0.81 اعتبار اندازه‌گیری‌ها را تأیید کرد. در بخش عددی، مدل سه‌بعدی دقیقی از مجموعه در محیط Abaqus/CAE ساخته شد و با درنظرگرفتن ویژگی‌های واقعی ماده، شرایط مرزی تکیه‌گاهی و نحوه‌ی اتصال پره به شفت، تحلیل مودال به روش اجزای محدود انجام گرفت. نتایج عددی فرکانس طبیعی اول را 1861 Hz گزارش کرد که نسبت به مقدار تجربی اختلافی معادل 0.05 % دارد، اختلافی که در بازه‌ی قابل‌قبول صحه‌سنجی قرار می‌گیرد و دقت مدل‌سازی را نشان می‌دهد. تطابق مطلوب میان نتایج آزمایشگاهی و عددی بیانگر قابلیت مدل توسعه‌یافته در پیش‌بینی رفتار دینامیکی واقعی است و امکان استفاده از آن برای تحلیل‌های ارتعاشی پیشرفته، بهینه‌سازی طراحی و پیش‌بینی نواحی تشدید در توربوماشین‌ها را فراهم می‌سازد.
کلیدواژه ها
 
Title
Experimental and Numerical Modal Analysis of the Shaft and Turbine Wheel Assembly of an EF7 Turbocharger
Authors
Ali asqar Gachpazha, Majid Ghadiri
Abstract
In this study, the dynamic behavior of the shaft and turbine wheel assembly of a turbocharger was investigated to identify its natural frequencies using both experimental modal testing and numerical analysis through the Abaqus software. In the experimental phase, the assembly was subjected to controlled impact excitation, and the vibration responses were measured using an accelerometer and a dynamic signal analyzer. The acquired signals were processed in the frequency domain to extract the Frequency Response Function (FRF) and identify the vibration modes. The first natural frequency, corresponding to the primary bending mode, was found to be approximately 1860 Hz, and the coherence value of 0.81 confirmed the reliability of the experimental measurements.

In the numerical phase, a detailed three-dimensional model of the assembly was developed in Abaqus/CAE. By incorporating realistic material properties, boundary constraints, and the connection configuration between the blade and shaft, a finite element modal analysis was performed. The numerical results yielded a first natural frequency of 1861 Hz, which differed from the experimental value by only 0.05 %, indicating excellent agreement and high modeling accuracy. The strong correlation between the experimental and numerical results demonstrates the capability of the developed model to accurately predict the real dynamic behavior of the system. This validated approach provides a reliable basis for advanced vibration analyses, design optimization, and resonance prediction in high-speed turbomachinery applications.
Keywords
Modal Analysis, Frequency response function (FRF), Natural frequency, Turbocharger shaft and turbine wheel