Модуль Роторная динамика

В обновлении 2 версии 5.2а COMSOL Multiphysics® был добавлен новый модуль Роторная динамика. Этот модуль расширения для модуля Механика конструкций позволяет моделировать компоненты и детали вращающегося оборудования, в которых асимметричность и вращение могут привести к возникновению неустойчивостей, резонансам и повреждениям. Подробная информация о возможностях и функциях модуля Роторная динамика приведена ниже.

Моделирование вращающегося оборудования и роторная динамика

Модуль Роторная динамика моделирует поведение роторов и их составных частей для задач, связанных с вращающимся оборудованием. Решаемые задачи включают расчет собственных частот таких установок, а также ситуаций, в которых работа ротора ведет к появлению критических скоростей и резонансов, зависящих или не зависящих от нарушений балансировки. Эти модели используются для изучения вращающихся деталей оборудования в автомобильной, аэрокосмической, энергетической, электротехнической промышленности и в производстве бытовых товаров.

Модуль Роторная динамика, доступный как модуль расширения для модуля Механика конструкций, позволяет исследовать резонансы, напряжения и деформации в роторах, подшипниках, дисках и опорах, чтобы определить условия работы, соответствующие ограничениям по эксплуатации.

Пять новых интерфейсов для моделирования задач роторной динамики

К узлу Structural Mechanics (Механика конструкций) Мастера создания моделей были добавлены пять новых интерфейсов, принадлежащих к узлу Rotordynamics (Роторная динамика):

  1. Solid Rotor (Твердотельный ротор). С помощью твердотельных элементов этот интерфейс моделирует трехмерную геометрию деталей, составляющих вращающееся оборудование. Интерфейс может учитывать нелинейные геометрические эффекты, хотя это и требует больших вычислительных ресурсов, а также снижение прочности конструкции при вращении и повышение ее прочности при напряжениях, деформации шеек и опор.

  2. Beam Rotor (Балочный ротор). Этот интерфейс позволяет находить решения быстрее и требует меньше вычислительных ресурсов, поскольку представляет роторы в виде балок, а компоненты вращающегося оборудования — в виде точек. Свойства ротора, например, площадь поверхности поперечного сечения и моменты инерции, задают физику этого интерфейса. Вы можете исследовать отдельно осевые, изгибающие и скручивающие компоненты и их зависимость от угловой скорости вращения ротора.

  3. Hydrodynamic Bearing (Гидродинамический подшипник). При полном моделировании гидродинамических подшипников, включая влияние смазочного слоя, этот интерфейс можно использовать для моделирования свойств подшипника в отдельности или в сочетании с другими интерфейсами (см. ниже). Решая уравнение Рейнольдса, вы можете исследовать влияние смазочного слоя между шейкой и вкладышем для следующих типов гидродинамических подшипников: простой, эллиптический, разъемный, многоклиновой, самоустанавливающийся, пользовательский.

  4. Solid Rotor with Hydrodynamic Bearing (Твердотельный ротор с гидродинамическим подшипником). Интерфейс моделирует трехмерный ротор из твердотельных элементов с помощью интерфейса Solid Rotor (Твердотельный ротор) и гидродинамические подшипники с помощью интерфейса Hydrodynamic Bearing (Гидродинамический подшипник).

  5. Beam Rotor with Hydrodynamic Bearing (Балочный ротор с гидродинамическим подшипником). Интерфейс моделирует упрощенный ротор, состоящий из балок, с помощью интерфейса Beam Rotor (Балочный ротор) и гидродинамические подшипники с помощью интерфейса Hydrodynamic Bearing (Гидродинамический подшипник).

Влияние некоторых других деталей, помимо гидродинамических подшипников, можно учесть, вводя сосредоточенные параметры в ряде конкретных функций. Это относится к подшипникам шейки, упорным подшипникам и опорам.

Узел Structural Mechanics (Механика конструкций) в Мастере создания моделей показывает новый подузел Rotordynamics (Роторная динамика) и входящие в него интерфейсы.

Узел Structural Mechanics (Механика конструкций) в Мастере создания моделей показывает новый подузел Rotordynamics (Роторная динамика) и входящие в него интерфейсы.

Узел Structural Mechanics (Механика конструкций) в Мастере создания моделей показывает новый подузел Rotordynamics (Роторная динамика) и входящие в него интерфейсы.

Проводите исследования различных типов для ваших задач роторной динамики

При использовании модуля Роторная динамика статические и динамические части, как правило, определяются в системе отсчета, связанной с вращающимся ротором. В механике конструкций при наличии инерциальных сил используются различные формы динамического анализа. Так как интерфейсы роторной динамики привязаны к системе отсчета, вращающейся вместе с ротором, часть инерциальных сил уже учтена в виде статических нагрузок. Таким образом, для исследования ротора в стационарных с точки зрения вращающегося наблюдателя условиях не требуется динамический анализ. Это упрощение приносит основной выигрыш при использовании модуля Роторная динамика.

С другой стороны, постоянная в неподвижной системе отсчета нагрузка, например, сила тяжести, во вращающейся системе отсчета станет гармонической и будет создавать динамические возмущения.

Модуль Роторная динамика предлагает следующие типы статических и динамических исследований вращающегося оборудования:

  • Стационарное исследование
  • Исследование собственной частоты
  • Исследование в частотной области
  • Исследование во временной области
  • Нестационарное исследование с быстрым преобразованием Фурье
Орбиты шейки при расчете роторной динамики коленчатого вала. Орбиты шейки при расчете роторной динамики коленчатого вала.
Орбиты шейки при расчете роторной динамики коленчатого вала.

Визуализируйте результаты с помощью специализированных графиков

Создавайте ясные и емкие визуализации результатов моделирования с помощью новых специализированных типов графиков:

  • Вихревые графики*: отображают формы мод вращения ротора вокруг своей оси в точках, отстоящих на дискретные интервалы.

  • Диаграммы Кэмпбелла*: отображают изменение собственных частот ротора в зависимости от его частоты вращения. При прямой прецессии собственные частоты увеличиваются с ростом частоты вращения ротора, при обратной прецессии собственные частоты снижаются с ростом частоты вращения ротора.

  • Каскадные диаграммы*: отображают изменение спектра частоты и амплитуды в зависимости от угловой скорости ротора.

  • Графики орбит*: изображают трехмерные орбиты некоторых точек на роторе, обычно связанных с положением компонент: дисков, подшипников и так далее.

Посетите веб-страницу модуля Роторная динамика, чтобы узнать о других возможностях моделирования в этом модуле.

Орбиты шейки при расчете роторной динамики коленчатого вала. Орбиты шейки при расчете роторной динамики коленчатого вала.
Орбиты шейки при расчете роторной динамики коленчатого вала.