Улучшения модуля Роторная динамика

Пользователям модуля Роторная динамика в COMSOL Multiphysics® версии 5.3a предлагается шесть типов подшипников качения, новая мультифизическая связь между моделями роторной динамики и моделями твердых тел и новый гидродинамический упорный подшипник. Ниже описаны улучшения модуля роторной динамики.

Подшипник качения

К модулю Роторная динамика были добавлены шесть новых типов подшипников качения:

  1. Шариковый подшипник с глубоким желобом
  2. Радиально-упорный шариковый подшипник
  3. Самоустанавливающийся шариковый подшипник
  4. Подшипник с бочкообразными роликами
  5. Подшипник с цилиндрическими роликами
  6. Подшипник с коническими роликами

Каждый подшипник может иметь один или два ряда тел качения. Модель учитывает нелинейную контактную жесткость тел качения, внешнего кольца и внутреннего кольца.

Несколько схем, иллюстрирующих 6 новых типов подшипников в модуле Роторная динамика версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics.

Схемы шести типов подшипников и их геометрические параметры. Вид спереди (слева внизу) показывает, что нагрузка приходится только на часть тел качения.

Схемы шести типов подшипников и их геометрические параметры. Вид спереди (слева внизу) показывает, что нагрузка приходится только на часть тел качения.

Взаимосвязь моделей гидродинамических подшипников и моделей твердых тел

Новая мультифизическая связь Soild-Bearing (Твердое тело — подшипник) связывает модели подшипников скольжения в интерфейсе Hydrodynamic Bearing (Гидродинамический подшипник) с моделями подвижных твердых тел из интерфейсов Soild Mechanics (Механика твердого тела) и Multibody Dynamics (Динамика многотельных систем). Подшипник при этом может быть как неподвижным, так и закрепленным на подвижной детали.

Пример взаимосвязи гидродинамического подшипника и твердого тела.

Модель гибкого вала, который вращается в гидродинамическом подшипнике скольжения, построенная с помощью модуля Динамика многотельных систем. Распределение давления в подшипнике сильно зависит от изгиба вала.

Модель гибкого вала, который вращается в гидродинамическом подшипнике скольжения, построенная с помощью модуля Динамика многотельных систем. Распределение давления в подшипнике сильно зависит от изгиба вала.

Гидродинамические упорные подшипники

В интерфейсе Hydrodynamic Bearing (Гидродинамический подшипник) теперь можно рассчитать модель Hydrodynamic Thrust Bearing (Гидродинамический упорный подшипник), появившуюся в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics®. Эта функция поддерживает подшипники типов Tilted Pad (Сегментный), Tapered (Конический) и User Defined (Пользовательский). Сегментные упорные подшипники могут иметь точку вращения или ось вращения. Кроме того, можно учесть кавитацию в смазке.


Модель упорного подшипника, построенная в модуле Роторная динамика программного пакета COMSOL Multiphysics версии 5.3a.

Распределение давления и профиль опоры в упорном подшипнике.

Распределение давления и профиль опоры в упорном подшипнике.

Улучшенные стандартные графики

Стандартные графики в физических интерфейсах механики конструкций улучшены и теперь показывают более информативные визуализации. Учебные модели в Библиотеке приложений тоже были улучшены. Самые заметные изменения приведены ниже:

  • Цветовая схема для графиков напряжения по Мизесу — RainbowLight
  • Цветовая схема для графиков формы моды, собственной частоты и анализа линейной устойчивости — AuroraBorealis
  • На графиках формы моды по умолчанию выключены обозначения, чтобы подчеркнуть, что амплитуда моды не имеет физического смысла
  • Цветовая схема Wave с симметричным диапазоном цветов для графиков силы, действующей на профиль, в интерфейсах Beam (Балка) и Truss (Ферма)
    • Она позволяет с первого взгляда отличать, например, сжатие от растяжения
  • В анализ контакта добавлен график контактного давления — линейный график в двухмерных моделях и контурный график в трехмерных моделях
  • В стандартный график для Stress Linearization (Линеаризация напряжения) добавлены обозначения
  • Стандартный график Undeformed geometry (Геометрия до деформации) интерфейса Shell (Оболочка) изменил цвета
  • Если используется модель пластичности или ползучести материала, то на график напряжения накладывается контурный график соответствующего показателя деформации, например эффективной пластической деформации
    • Доступно в модуле Нелинейные материалы и в модуле Геомеханика
  • В интерфейсе Fatigue (Усталость материала) для коэффициента использования и наработки на отказ используется цветовая схема Traffic
    • Доступно в модуле Усталость материала
Визуальное сравнение улучшенного стандартного графика в версии 5.3a COMSOL Multiphysics и более старой версии программного обеспечения.

В этом примере можно увидеть более яркие цвета на графике напряжения (цветовая схема RainbowLight) и добавлены по умолчанию контуры пластической деформации и контуры контактного давления. Для сравнения представлен стандартный график в версии 5.3 COMSOL Multiphysics® для этой же модели.

В этом примере можно увидеть более яркие цвета на графике напряжения (цветовая схема RainbowLight) и добавлены по умолчанию контуры пластической деформации и контуры контактного давления. Для сравнения представлен стандартный график в версии 5.3 COMSOL Multiphysics® для этой же модели.

Новая учебная модель Stability of a Turbocharger Influenced by Cross-Coupled Bearing Forces (Устойчивость турбокомпрессора под действием сил со стороны подшипника)

Взаимосвязанные силы, действующие в гидродинамическом подшипнике, часто вызывают нежелательные потери в роторе. Вблизи критической частоты вращения это может привести к неконтролируемым вибрациям турбокомпрессора и разрушению подшипника. В этой учебной модели можно исследовать влияние взаимосвязанных сил на динамику ротора и методы подавления вибраций.

Анализ роторной динамики турбокомпрессора в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics.

Первая собственная мода колебаний системы на частоте 500 об./мин и каскадная диаграмма, показывающая амплитуду смещения в зависимости от частоты вращения и частоты возбуждения.

Первая собственная мода колебаний системы на частоте 500 об./мин и каскадная диаграмма, показывающая амплитуду смещения в зависимости от частоты вращения и частоты возбуждения.

Путь в Библиотеке приложений:
Rotordynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/turbocharger_stability_analysis

Новая учебная модель Effect of Roller Bearing Clearance on Nonsynchronous Vibration of a Rotor (Влияние зазора подшипника качения на несинхронные вибрации ротора)

Зазоры подшипников обычно сводятся к минимуму, чтобы избежать несинхронных вибраций ротора. Однако малые зазоры снижают срок службы подшипника. Эта учебная модель сравнивает вибрации, вызванные нелинейностью контакта, для различных размеров зазора.

Одномерный график силы, действующей на вал.

Динамическая характеристика для различных размеров зазора подшипника; наибольший зазор приводит к неустойчивости, на подшипник начинают действовать большие по модулю нерегулярные силы.

Динамическая характеристика для различных размеров зазора подшипника; наибольший зазор приводит к неустойчивости, на подшипник начинают действовать большие по модулю нерегулярные силы.

Путь в Библиотеке приложений:
Rotordynamics_Module/Tutorials/nonsynchronous_rotor_vibration_with_roller_bearing