Програмне забезпечення динаміки ротора для прогнозного аналізу обертових машин
Проаналізуйте динаміку обертових машин за допомогою модуля ротординаміки
Розподіл тиску в мастилі підшипників (3D-модель, кольорове зображення), напруження фон Мізеса (3D-модель, синій кольоровий градієнт) та зміщення підшипників (графік орбіти) в результаті аналізу динаміки ротора.
Прогнозне моделювання динаміки ротора
Знання динаміки роторів є важливим у програмах, що включають обертові машини та комплектуючі, наприклад, в автомобільній та аерокосмічній промисловості, у виробництві електроенергії, а також у проектуванні електричних виробів та побутових приладів. На фізичну поведінку обертових машин сильно впливають вібрації, які можуть посилюватися обертанням самих машин. Ідеально симетричні роторні вузли мають залежні від швидкості власні частоти. Недосконалості та дисбаланси можуть ускладнювати ці частоти. При проектуванні машин з обертовими деталями необхідний ефективний спосіб врахувати таку поведінку та оптимізувати роботу та продуктивність.
Ви можете використовувати модуль Ротординаміки, який є продовженням Модуля структурної механіки, для аналізу ефектів вібрацій ротора та утримання їх у допустимих межах. Різні змінні, які можна оцінити в цьому модулі, включають критичні швидкості, власні частоти, пороги стійкості та стаціонарні та перехідні реакції ротора на дисбаланси. Крім того, взаємодія між різними компонентами може простежуватися в межах усього складання.
За допомогою модуля Rotordynamics ви можете визначити вплив різних стаціонарних та рухомих компонентів ротора, таких як маточини та підшипники, на поведінку ротора. Ви також можете оцінити свої результати безпосередньо в програмному середовищі і представити їх, наприклад, як діаграми Кемпбелла, ділянки орбіти, ділянки водоспаду або вихрові ділянки.
Більше фото:
Напруження фон Мізеса та схема орбіти різних підшипників колінчастого валу від твердотільної поверхні ротора.
Ділянка водоспаду показує переміщення складу. Крива показує частоту (вісь х, вздовж передньої частини ділянки), кутову швидкість (вісь у, вздовж сторони ділянки) та амплітуду (вісь z у вертикальному напрямку ділянки) в 3D. Кольорове представлення також показує амплітуду зсуву.
Широкі інструменти моделювання роторів та гідродинамічних підшипників
За допомогою симуляційної платформи COMSOL Multiphysics ® та додаткових модулів ви маєте доступ до низки заздалегідь визначених інструментів моделювання, фізичних інтерфейсів, які пристосовані до конкретних областей аналізу. Модуль Rotordynamics пропонує п'ять спеціальних інтерфейсів для точного моделювання роторів та підшипників:
- Твердотільний інтерфейс ротора для моделювання ротора як 3D-моделі, створений за допомогою програмного забезпечення САПР або за допомогою вбудованих функцій COMSOL Multiphysics ® CAD.
- Інтерфейс штангового ротора для приблизного моделювання ротора з використанням одновимірних елементів лінії та з ідеалізованими компонентами (наприклад, точкові маси).
- Гідродинамічний інтерфейс підшипника для детального моделювання підшипників, в якому змащувальна плівка всередині підшипника описується за допомогою рівняння Рейнольдса.
- Твердотільний ротор з гідродинамічним інтерфейсом підшипника для комбінованого розгляду тривимірного ротора та його гідродинамічного підшипника.
- Ротор штанги з гідродинамічним інтерфейсом підшипника Розгляд одновимірного ротора та його гідродинамічного підшипника.
Ви також можете поєднати модуль Rotordynamics з іншими модулями з асортименту продукції COMSOL. Наприклад, поєднавши модуль Rotordynamics з модулем Multibody Dynamics, ви можете запустити симуляцію, що залежить від часу, щоб передбачити коливання редукторного вузла для прикладеного крутного моменту.
3D-аналіз обертових машинних збірок
Для того, щоб отримати якомога детальніший опис обертової машини, ви повинні описати всі задіяні компоненти у вигляді 3D-моделей. Твердотільний інтерфейс ротора забезпечує динамічний аналіз ротора таких 3D-тіл.
Використовуючи цей підхід, ви можете відобразити асиметрії, дисбаланси та геометрично нелінійні процеси в системі. Високий рівень деталізації також дозволяє враховувати такі ефекти, як пом’якшення обертання або жорсткість системи завдяки відцентровим зусиллям. Твердотільний інтерфейс ротора є найбільш корисним, коли вам потрібні явні результати моделювання деформацій та напружень у роторі та його компонентах.
1D ідеалізація ротора для обчислювально ефективного моделювання динаміки ротора
Якщо ви хочете виконати обчислювально менш масштабне моделювання, ви можете використовувати інтерфейс штангового ротора в модулі ротординаміки. За допомогою цього інтерфейсу ротор описується як промінь Тимошенко.
За допомогою одновимірної композиції можливе розділення компонентів осьового, згинального та крутильного напружень. Ступиці, прикріплені до ротора, також ідеалізовані, а їх основні властивості вказані в геометричних точках. Дані про переріз потоку ротора в основні рівняння у вигляді параметрів. Форму 1D можна використовувати, коли розміри поперечного перерізу значно менші, ніж розміри ротора в поздовжньому напрямку. За допомогою інтерфейсу штангового ротора ви можете точно імітувати деформації роторів, які мають коефіцієнт стрункості до 0,2.
Модельні підшипники в роторних вузлах
Підшипники та фундаменти необхідні для складання ротора. Вони є компонентами, які з'єднують ротор з корпусом. Поведінка ротора чутливо залежить від типу накопичувача. Отже, це повинно бути детально описано, що легко можливо завдяки функціям модуля Rotordynamcs.
підшипники
Підшипники ковзання обмежують поступальний рух вала у поперечному напрямку та його обертання навколо обох поперечних осей. Змащення підшипників можна описати за допомогою рівняння Рейнольдса, якщо важливе точне знання кривої тиску. В якості альтернативи можна використовувати спрощені описи.
Спрощені моделі
Спрощений опис підшипників ковзання можливий, використовуючи такі методи:
- Підшипники без люфтів
- Передбачається, що між валом і несучою втулкою немає зазору.
- Циліндричні підшипники
- Заснована на теорії Оцвірка, ця модель підшипника працює з системою пружинних заслінок. Коефіцієнти динамічної жорсткості та демпфування можуть бути відомими або невідомими. Якщо невідомо, ви можете оцінити це як функцію руху хвилі в підшипнику.
- Константи пружини та демпфування
- Ця модель описує підшипник із використанням пружинно-демпферної системи. Дія осьової пружини, а також обертання навколо поперечних осей ротора можна описати за допомогою коефіцієнтів жорсткості та демпфування, які також можна вказати як функцію, наприклад, залежно від руху фундаменту. Також можна використовувати експериментально визначені дані або дані інших моделювань.
- Сила і момент
- Замість моделювання підшипника ви також можете вказати сили реакції та моменти на валу за допомогою експериментальних даних або як функції руху валу.
Гідродинамічні підшипники ковзання
Ви можете детально змоделювати поведінку підшипників ковзання за допомогою гідродинамічного інтерфейсу підшипників. Цей інтерфейс містить заздалегідь визначені фізичні параметри, що дозволяють моделювати розподіл тиску в мастилі, вирішуючи рівняння Рейнольдса.
Ви можете використовувати його для аналізу підшипника ковзання та його властивостей з точки зору жорсткості та демпфування. Існує також можливість використання мультифізичної муфти з твердотільним інтерфейсом ротора або штанги для вивчення динаміки всієї збірки. Ці інтерфейси пропонують інтегровані моделі для таких гідродинамічних типів підшипників:
- Циліндричний
- Еліптична
- Переміщений склад лимонної гри
- Багаторізкові підшипники
- Похиле сидіння
- На замовлення
Упорні підшипники
Для аналізу упорних підшипників, які обмежують осьовий рух ротора та обертання навколо поперечних осей, можна використовувати спрощені параметри підшипників. У модулі ротординаміки доступні такі спрощені методи:
- Підшипник без люфтів
- Ви можете використовувати цю модель, щоб повністю обмежити осьовий рух ротора та обертання навколо поперечних осей. Це корисно, коли вплив підшипника не є значущим для динаміки роторного вузла.
- Константи пружини та демпфування
- Ця модель описує підшипник із використанням пружинно-демпферної системи. Дія осьової пружини, а також обертання навколо поперечних осей ротора можна описати за допомогою коефіцієнтів жорсткості та демпфування, які також можна вказати як функцію, наприклад, залежно від руху фундаменту. Також можна використовувати експериментально визначені дані або дані інших моделювань.
- Сила і момент
- За допомогою цього методу сили реакції та моменти визначаються безпосередньо за допомогою експериментальних даних або як функція руху фундаменту.
фундамент
Фундаменти - це компоненти, на яких спираються підшипники. Ви можете змоделювати основи в конструкції ротора таким чином:
- Виправлено
- Коли рух фундаменту жорсткий або істотно не впливає на реакцію ротора.
- Емоційна
- Коли фундамент і рух підшипника піддаються зовнішнім коливанням. Вони можуть бути описані як з даними, рівнянням, функцією, так і з результатами інших моделювань COMSOL Multiphysics ®.
- Гнучка
- Гнучкий фундамент може змінювати критичну швидкість ротора і фіксується цією моделлю у випадках, коли відома еквівалентна жорсткість фундаменту.
Реалізовані типи навчання
За допомогою досліджень, що містяться в Модулі ротординаміки, ви можете проаналізувати динаміку вузла ротора.
Модуль ротординаміки дозволяє врахувати видимі сили (включаючи відцентрові сили). Ці видимі сили повинні бути описані в системі відліку, яка обертається разом із ротором.
З цього випливає, що ефекти інерції можуть виникати як нерухомі сили в динамічному аналізі ротора, тоді як гравітаційна сила, яка нерухома в звичайному аналізі, виглядає як динамічна, синусоїдально змінюється сила з точки зору рухомої системи відліку. Динамічний аналіз ротора відрізняється від звичайного аналізу.
Типові властивості роторної системи можна визначити в часовій та частотній областях. У частотному діапазоні можна визначити як власні частоти системи, так і частотну характеристику на навантаження, що діють гармонійно.
Таким чином, доступні такі типи досліджень:
Візуалізуйте свої моделювання динаміки ротора з різними типами сюжетів
За допомогою модуля Rotordynamics ви можете створити чіткі та стислі візуалізації результатів моделювання та зробити дані доступними для подальших застосувань та аналізу. У цьому модулі ви можете вибрати серед різноманітних типів ділянок, які специфічні для застосувань динаміки ротора. До них належать: