Софтуер за динамика на ротора за прогнозен анализ на въртящи се машини
Анализирайте динамиката на въртящите се машини с модула Rotordynamics
Разпределението на налягането в смазката на лагерите (3D модел, цветно представяне), напрежението на фон Мизес (3D модел, син градиент на цвета) и изместването на лагерите (орбитален график), в резултат на анализ на динамиката на ротора.
Прогнозна симулация на динамиката на ротора
Познаването на динамиката на ротора е важно в приложения, където се срещат въртящи се машини и компоненти, като напр в автомобилната и космическата индустрия, в производството на електроенергия и в проектирането на електрически продукти и домакински уреди. Физическото поведение на въртящите се машини е силно повлияно от вибрациите, които могат да бъдат усилени от въртенето на самите машини. Съвършено симетричните роторни възли имат зависими от скоростта естествени честоти. Несъвършенствата и дисбалансите могат да възбудят тези честоти по сложен начин. При проектирането на машини с въртящи се части е необходим ефективен начин за отчитане на това поведение и оптимизиране на работата и производителността.
Можете да използвате модула Rotordynamics, който е продължение на модула за структурна механика, за да анализирате ефектите от вибрациите на ротора и да ги поддържате в приемливи граници. Различните променливи, които могат да бъдат оценени в този модул, включват, наред с други критични скорости, естествени честоти, прагове на стабилност, както и стационарни и преходни реакции на ротора към дисбаланси. В допълнение, взаимодействията между различни компоненти могат да бъдат проследени в рамките на целия монтаж.
С модула Rotordynamics можете да определите ефектите на различни неподвижни и движещи се роторни компоненти, като главини и лагери, върху поведението на ротора. Можете също така да оцените резултатите си директно в софтуерната среда и напр. представени като диаграми на Кембъл, участъци от орбита, участъци от водопада или вихрови участъци.
Повече снимки:
Напреженията на фон Мизес и графика на орбитата на различните лагери за колянов вал от полупроводниковия интерфейс на ротора.
Парцел за водопад показва изместването на склад. Кривата показва честотата (оста x, по предната част на графиката), ъгловата скорост (оста y, по страната на графиката) и амплитудата (оста z във вертикалната посока на графиката) в 3D. Цветното представяне също показва амплитудата на изместването.
Широки инструменти за моделиране на ротори и хидродинамични лагери
С симулационната платформа COMSOL Multiphysics ® и нейните допълнителни модули имате достъп до редица предварително дефинирани инструменти за моделиране, физическите интерфейси, които са съобразени с конкретни области на анализ. Модулът Rotordynamics предлага пет специални интерфейса за прецизно моделиране на ротори и лагери:
- Полупроводниковият роторен интерфейс за моделиране на ротор като 3D модел, създаден от CAD софтуер или с помощта на интегрираните COMSOL Multiphysics ® CAD функции.
- Интерфейсът на баровия ротор за приблизително моделиране на ротора с помощта на 1D линейни елементи и с идеализирани компоненти (напр. Точкови маси).
- Хидродинамичният интерфейс на лагера за подробно моделиране на лагери, при който смазващият филм в лагера е описан с помощта на уравнението на Рейнолдс.
- Полупроводниковият ротор с хидродинамичен интерфейс на лагера за комбинирано разглеждане на 3D ротор и неговия хидродинамичен лагер.
- Роторът на щангата с хидродинамичен интерфейс на лагера Разглеждане на 1D ротор и неговия хидродинамичен лагер.
Можете също така да комбинирате модула Rotordynamics с други модули от продуктовата гама COMSOL. Например, като комбинирате модула Rotordynamics с модула Multibody Dynamics, можете да стартирате симулация, зависима от времето, за да предскажете вибрациите на зъбния механизъм за приложен момент.
3D анализ на въртящи се машинни възли
За да получите възможно най-подробното описание на въртяща се машина, трябва да опишете всички включени компоненти под формата на 3D модели. Полупроводниковият интерфейс на ротора позволява динамичен анализ на ротора на такива 3D тела.
Използвайки този подход, можете да картографирате асиметрии, дисбаланси и геометрично нелинейни процеси в системата. Високото ниво на детайлност също позволява да се вземат предвид ефекти като омекотяване на центрофугирането или втвърдяване на системата поради центробежни сили. Полупроводниковият интерфейс на ротора е най-полезен, когато се нуждаете от явни резултати от симулация за деформации и напрежения в ротора и неговите компоненти.
1D идеализация на ротора за изчислително ефективна симулация на динамиката на ротора
Ако искате да извършите изчислително по-малко обширна симулация, можете да използвате интерфейса на баровия ротор в модула Rotordynamics. С помощта на този интерфейс роторът е описан като греда на Тимошенко.
С помощта на 1D формулировката е възможно разделяне на аксиалните, огъващите и усукващите компоненти на напрежението. Главините, прикрепени към ротора, също са идеализирани и основните им свойства са посочени в геометричните точки. Данните за напречното сечение на потока на ротора в основните уравнения под формата на параметри. 1D формулировката може да се използва, когато размерите на напречното сечение са много по-малки от размерите на ротора в надлъжна посока. С интерфейса на баровия ротор можете точно да симулирате деформациите в роторите, които имат съотношение на стройност до 0,2.
Модели на лагери в роторни възли
Лагерите и основите са от съществено значение за сглобяването на ротора. Те са компонентите, които свързват ротор с корпуса. Поведението на ротора зависи чувствително от вида на съхранението. Следователно това трябва да бъде подробно описано, което е лесно възможно с функциите на модула Rotordynamcs.
лагери
Плъзгащите лагери ограничават транслационното движение на вала в напречна посока и въртенето му около двете напречни оси. Смазването на лагерите може да бъде описано с помощта на уравнението на Рейнолдс, ако е важно точното познаване на кривата на налягане. Като алтернатива могат да се използват опростени описания.
Опростени модели
Опростено описание на плъзгащите лагери е възможно, като се използват следните методи:
- Лагери без луфт
- Предполага се, че няма зазор между вала и лагерната втулка.
- Цилиндрични лагери
- Въз основа на теорията на Ocvirk, този модел лагер работи със система от пружинно-амортисьор. Коефициентите на динамична твърдост и амортизация могат или не могат да бъдат известни. Ако е неизвестно, можете да оцените това като функция от движението на вълната в лагера.
- Константи на пружината и затихването
- Този модел описва лагера с помощта на пружинно-амортисьорна система. Аксиалното действие на пружината, както и въртенето около напречните оси на ротора, могат да бъдат описани с помощта на коефициентите на твърдост и затихване, които също като функция, напр. може да се уточни в зависимост от движението на основата. Също така е възможно да се използват експериментално определени данни или данни от други симулации.
- Сила и момент
- Вместо да симулирате лагер, можете също така да определите сили на реакция и моменти върху вала чрез експериментални данни или като функции на движението на вала.
Хидродинамични плъзгащи лагери
Можете да моделирате поведението на плъзгащите лагери в детайли с хидродинамичния интерфейс на лагерите. Този интерфейс съдържа предварително зададените физически настройки, които позволяват моделирането на разпределението на налягането в смазката чрез решаване на уравнението на Рейнолдс.
Можете да го използвате за анализ на плъзгащ лагер и неговите свойства по отношение на твърдостта и амортизацията. Също така има възможност да се използва мултифизичното съединение с полупроводниковите интерфейси на ротора или баровия ротор, за да се изследва динамиката на целия възел. Тези интерфейси предлагат интегрирани модели за следните хидродинамични типове лагери:
- Цилиндрична
- Елипсовидна
- Преместен склад за лимонов дивеч
- Лагери с много канали
- Наклонена седалка
- Персонализиран
Аксиални лагери
За да анализирате аксиални лагери, които ограничават аксиалното движение на ротора и въртенето около напречните оси, можете да използвате опростени параметри на лагерите. Следните опростени методи са достъпни в модула Rotordynamics:
- Лагер без люфт
- Можете да използвате този модел, за да ограничите напълно аксиалното движение на ротора и въртенето около напречните оси. Това е полезно, когато ефектът на лагера не е значителен за динамиката на роторния възел.
- Константи на пружината и затихването
- Този модел описва лагера с помощта на пружинно-амортисьорна система. Аксиалното действие на пружината, както и въртенето около напречните оси на ротора, могат да бъдат описани с помощта на коефициентите на твърдост и затихване, които също като функция, напр. може да се уточни в зависимост от движението на основата. Също така е възможно да се използват експериментално определени данни или данни от други симулации.
- Сила и момент
- При този метод реакционните сили и моменти се дават директно от експериментални данни или като функция от движението на основата.
основа
Фундаментите са компонентите, върху които почиват лагерите. Можете да моделирате основи във вашия дизайн на роторния монтаж, както следва:
- Фиксирана
- Когато движението на основата е твърдо или не оказва значително влияние върху реакцията на ротора.
- Емоционална
- Когато основата и движението на лагера са изложени на външни вибрации. Те могат да бъдат описани или с данни, уравнение, функция или с резултатите от други симулации COMSOL Multiphysics ®.
- Гъвкав
- Гъвкавата основа може да промени критичната скорост на ротора и се улавя от този модел в случаите, когато е известна еквивалентната твърдост на основата.
Реализирани типове проучвания
С проучванията, съдържащи се в модула Rotordynamics, можете да анализирате динамиката на роторен възел.
Модулът Rotordynamics ви позволява да разгледате видимите сили (включително центробежните сили). Тези видими сили трябва да бъдат описани в еталонна система, въртяща се с ротора.
От това следва, че инерционните ефекти могат да възникнат като неподвижни сили при динамичен анализ на ротора, докато гравитационната сила, която е неподвижна при конвенционален анализ, се появява като динамична, синусоидално варираща сила от гледна точка на движещата се референтна система. Динамичният анализ на ротора се различава от конвенционалните анализи.
Типичните свойства на роторната система могат да бъдат определени във времевата и честотната област. В честотния диапазон могат да бъдат определени както естествените честоти на системата, така и честотната характеристика на товари, действащи в хармония.
В обобщение се предлагат следните видове изследвания:
Визуализирайте симулациите на динамиката на ротора с разнообразни типове сюжети
С модула Rotordynamics можете да създадете ясни и кратки визуализации на вашите резултати от симулация и да направите данните достъпни за по-нататъшни приложения и анализи. В този модул можете да избирате от различни типове сюжети, които са специфични за приложенията на роторната динамика. Те включват: