Software pentru dinamica rotorului pentru analiza predictivă a mașinilor rotative
Analizați dinamica mașinilor rotative cu modulul Rotordynamics
Distribuția presiunii în lubrifiant a rulmenților (model 3D, reprezentare a culorii), stresul von Mises (model 3D, gradient de culoare albastru) și deplasarea rulmenților (graficul orbitei), ca urmare a unei analize a dinamicii rotorului.
Simulare predictivă a dinamicii rotorului
Cunoașterea dinamicii rotorului este importantă în aplicațiile în care apar mașini și componente rotative, cum ar fi în industria auto și aerospațială, în generarea de energie electrică și în proiectarea produselor electrice și a electrocasnicelor. Comportamentul fizic al mașinilor rotative este puternic influențat de vibrații, care pot fi amplificate de rotația mașinilor în sine. Ansamblurile rotorului perfect simetric au frecvențe naturale dependente de viteză. Imperfecțiunile și dezechilibrele pot excita aceste frecvențe într-un mod complicat. Atunci când proiectați mașini cu piese rotative, este nevoie de un mod eficient de a ține cont de acest comportament și de a optimiza funcționarea și performanța.
Puteți utiliza modulul Rotordynamics, care este o extensie a modulului de mecanică structurală, pentru a analiza efectele vibrațiilor rotorului și a le menține în limite acceptabile. Diferitele variabile care pot fi evaluate în acest modul includ, printre altele viteze critice, frecvențe naturale, praguri de stabilitate, precum și reacțiile staționare și tranzitorii ale unui rotor la dezechilibre. În plus, interacțiunile dintre diferite componente pot fi urmărite în întregul ansamblu.
Cu modulul Rotordynamics puteți determina efectele diferitelor componente rotor staționare și în mișcare, cum ar fi butucii și rulmenții, asupra comportamentului rotorului. De asemenea, vă puteți evalua rezultatele direct în mediul software și de ex. prezente ca diagrame Campbell, grafice orbitale, parcele cascadă sau complot vortex.
Mai multe imagini:
Tensiunile von Mises și un grafic orbital al diferiților lagăre pentru un arborele cotit de la interfața rotorului în stare solidă.
Un parc de cascadă arată deplasarea unui depozit. Curba arată frecvența (axa x, de-a lungul părții din față a parcelei), viteza unghiulară (axa y, de-a lungul părții laterale a parcelei) și amplitudinea (axa z în direcția verticală a parcelei) în 3D. Reprezentarea culorii arată, de asemenea, amplitudinea schimbării.
Instrumente de modelare extinse pentru rotoare și lagăre hidrodinamice
Cu platforma de simulare COMSOL Multiphysics ® și modulele sale suplimentare, aveți acces la o serie de instrumente de modelare predefinite, interfețele fizice, care sunt adaptate la domenii specifice de analiză. Modulul Rotordynamics oferă cinci interfețe dedicate pentru modelarea precisă a rotoarelor și rulmenților:
- Interfața rotorului în stare solidă pentru modelarea unui rotor ca model 3D, creată de software CAD sau folosind funcțiile integrate COMSOL Multiphysics ® CAD.
- Interfața rotorului de bare pentru modelarea aproximativă a rotorului utilizând elemente de linie 1D și cu componente idealizate (de exemplu, masele punctuale).
- Interfața hidrodinamică a lagărului pentru modelarea detaliată a lagărelor, în care folia de lubrifiere din lagăr este descrisă utilizând ecuația Reynolds.
- Rotorul în stare solidă cu interfață lagăr hidrodinamic pentru luarea în considerare combinată a unui rotor 3D și lagărul său hidrodinamic.
- Rotorul cu bare cu interfață hidrodinamică a lagărului Considerarea unui rotor 1D și lagărul său hidrodinamic.
De asemenea, puteți combina modulul Rotordynamics cu alte module din gama de produse COMSOL. De exemplu, prin combinarea modulului Rotordynamics cu modulul Multibody Dynamics, puteți rula o simulare dependentă de timp pentru a prezice vibrațiile unui ansamblu de angrenaje pentru un cuplu aplicat.
Analiza 3D a ansamblurilor de mașini rotative
Pentru a obține cea mai detaliată descriere posibilă a unui ansamblu de mașină rotativă, trebuie să descrieți toate componentele implicate sub formă de modele 3D. Interfața rotorului în stare solidă permite analiza dinamică a rotorului unor astfel de corpuri 3D.
Folosind această abordare, puteți mapa asimetriile, dezechilibrele și procesele geometrice neliniare din sistem. Nivelul ridicat de detaliu permite, de asemenea, să fie luate în considerare efecte precum înmuierea centrifugării sau rigidizarea sistemului datorită forțelor centrifuge. Interfața rotorului în stare solidă este cea mai utilă atunci când aveți nevoie de rezultate explicite de simulare pentru deformări și solicitări în rotor și în componentele sale.
Idealizarea 1D a rotorului pentru o simulare dinamică a rotorului eficientă din punct de vedere al calculului
Dacă doriți să efectuați o simulare din punct de vedere computerizat mai puțin extinsă, puteți utiliza interfața rotorului de bare din modulul Rotordynamics. Cu ajutorul acestei interfețe, rotorul este descris ca un fascicul Timoșenko.
O separare a componentelor de solicitare axială, de îndoire și de torsiune este posibilă cu ajutorul formulării 1D. Butucii atașați la rotor sunt, de asemenea, idealizați, iar proprietățile lor esențiale sunt specificate pe punctele geometrice. Datele secțiunii transversale a rotorului curg în ecuațiile subiacente sub formă de parametri. Formularea 1D poate fi utilizată atunci când dimensiunile secțiunii transversale sunt mult mai mici decât dimensiunea rotorului în direcția longitudinală. Cu interfața rotorului cu bare, puteți simula cu precizie deformările din rotore, care au un raport de subțire de până la 0,2.
Modelează rulmenții în ansamblurile rotorului
Rulmenții și fundațiile sunt esențiale pentru un ansamblu de rotor. Acestea sunt componentele care conectează un rotor la carcasă. Comportamentul rotorului depinde sensibil de tipul de depozitare. Prin urmare, acest lucru trebuie descris în detaliu, ceea ce este ușor posibil cu funcțiile modulului Rotordynamcs.
rulmenți
Rulmenții simpli limitează mișcarea de translație a unui arbore în direcția transversală și rotația acestuia în jurul ambelor axe transversale. Ungerea lagărului poate fi descrisă folosind ecuația Reynolds dacă este importantă cunoașterea precisă a curbei de presiune. Alternativ, pot fi utilizate descrieri simplificate.
Modele simplificate
O descriere simplificată a rulmenților simpli este posibilă utilizând următoarele metode:
- Rulmenți fără reacție
- Se presupune că nu există joc între arborele și bucșa rulmentului.
- Rulmenți cilindrici
- Pe baza teoriei lui Ocvirk, acest model de rulmenți funcționează cu un sistem de amortizor cu arc. Rigiditatea dinamică și coeficienții de amortizare pot fi cunoscuți sau necunoscuți. Dacă nu se cunoaște, puteți evalua acest lucru în funcție de mișcarea undei în rulment.
- Arcul și constanta de amortizare
- Acest model descrie rulmentul utilizând un sistem de amortizare cu arc. Acțiunea arcului axial, precum și rotația în jurul axelor transversale ale rotorului, pot fi descrise cu ajutorul rigidității și a coeficienților de amortizare, care, de asemenea, ca o funcție, de ex. poate fi specificat în funcție de mișcarea fundației. De asemenea, este posibil să se utilizeze date determinate experimental sau date din alte simulări.
- Puterea și momentul
- În loc să simulați un rulment, puteți specifica și forțele de reacție și momentele pe arbore prin date experimentale sau ca funcții ale mișcării arborelui.
Rulmenți liniți hidrodinamici
Puteți modela în detaliu comportamentul rulmenților simpli cu interfața lagărului hidrodinamic. Această interfață conține setările fizice predefinite pentru a permite modelarea distribuției presiunii în lubrifiant prin rezolvarea ecuației Reynolds.
Îl puteți utiliza pentru a analiza un rulment simplu și proprietățile sale în ceea ce privește rigiditatea și amortizarea. Există, de asemenea, posibilitatea utilizării cuplajului multifizic cu interfețele rotorului în stare solidă sau ale rotorului de bare pentru a examina dinamica întregului ansamblu. Aceste interfețe oferă modele integrate pentru următoarele tipuri de rulmenți hidrodinamici:
- Cilindric
- Eliptic
- Depozit de jocuri cu lămâie mutat
- Rulmenți cu mai multe caneluri
- Scaun înclinat
- Personalizat
Rulmenți de presiune
Pentru a analiza rulmenții axiali, care restricționează mișcarea axială a unui rotor și rotația în jurul axelor transversale, puteți utiliza parametri simplificați ai lagărelor. Următoarele metode simplificate sunt disponibile în modulul Rotordynamics:
- Rulment fără joc
- Puteți utiliza acest model pentru a constrânge complet mișcarea axială a rotorului și rotația în jurul axelor transversale. Acest lucru este util atunci când efectul rulmentului nu este semnificativ asupra dinamicii ansamblului rotorului.
- Arcul și constanta de amortizare
- Acest model descrie rulmentul utilizând un sistem de amortizare cu arc. Acțiunea arcului axial, precum și rotația în jurul axelor transversale ale rotorului, pot fi descrise cu ajutorul rigidității și a coeficienților de amortizare, care, de asemenea, ca o funcție, de ex. poate fi specificat în funcție de mișcarea fundației. De asemenea, este posibil să se utilizeze date determinate experimental sau date din alte simulări.
- Puterea și momentul
- Cu această metodă, forțele și momentele de reacție sunt specificate direct prin date experimentale sau în funcție de mișcarea fundației.
fundație
Fundațiile sunt componentele pe care se sprijină rulmenții. Puteți modela fundațiile în proiectarea ansamblului rotorului după cum urmează:
- Fix
- Când mișcarea fundației este rigidă sau nu afectează semnificativ răspunsul rotorului.
- Emoţional
- Când fundația și mișcarea rulmentului sunt expuse la vibrații externe. Acestea pot fi descrise fie cu date, o ecuație, o funcție sau cu rezultatele altor simulări COMSOL Multiphysics ®.
- Flexibil
- O fundație flexibilă poate schimba viteza critică a rotorului și este captată de acest model în cazurile în care este cunoscută rigiditatea echivalentă a fundației.
Tipuri de studii implementate
Cu studiile conținute în modulul Rotordynamics puteți analiza dinamica unui ansamblu de rotor.
Modulul Rotordynamics vă permite să luați în considerare forțele aparente (inclusiv forțele centrifuge). Aceste forțe aparente trebuie descrise într-un sistem de referință care se rotește cu rotorul.
Din aceasta rezultă că efectele de inerție pot apărea ca forțe staționare într-o analiză dinamică a rotorului, în timp ce o forță gravitațională, care este staționară într-o analiză convențională, apare ca o forță dinamică, care variază sinusoidal din perspectiva sistemului de referință în mișcare. O analiză dinamică a rotorului diferă de analizele convenționale.
Proprietățile tipice ale unui sistem de rotor pot fi determinate în domeniul timpului și al frecvenței. În intervalul de frecvență, pot fi determinate atât frecvențele naturale ale sistemului, cât și răspunsul de frecvență la sarcini care acționează în armonie.
Pe scurt, sunt disponibile următoarele tipuri de studii:
Vizualizați simulările dinamicii rotorului cu o varietate de tipuri de parcele
Cu modulul Rotordynamics puteți crea vizualizări clare și concise ale rezultatelor simulării și puteți pune la dispoziție datele pentru alte aplicații și analize. În acest modul puteți alege dintr-o varietate de tipuri de parcele care sunt specifice aplicațiilor de dinamică a rotorului. Acestea includ: