針對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)力學(xué)問題的一些深入探討

SAMCEF軟件針對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)涉及的一些力學(xué)問題的深入探討徐志程周傳月北京東方極峰科技有限公司

考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度分析考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤振動(dòng)分析軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析內(nèi)容考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度分析

靜強(qiáng)度分析：葉片+輪盤

循環(huán)對(duì)稱建?？紤]榫頭連接的靜強(qiáng)度定義一個(gè)扇區(qū)(θ=360/104)在扇區(qū)兩側(cè)定義循環(huán)邊界條件（自動(dòng)定義）載荷：離心力

(f=50Hz)徑向施加榫頭和榫槽接觸定義考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度

靜強(qiáng)度分析：葉片+輪盤

榫頭/榫槽連接IftheuserwantsGluinginsteadofContact:Samedefinition考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度

靜強(qiáng)度分析：葉片+輪盤

榫頭/榫槽連接考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度

靜強(qiáng)度分析：變形考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度

靜強(qiáng)度分析：接觸壓力

靜強(qiáng)度分析：榫頭的Mises應(yīng)力考慮榫頭連接的靜強(qiáng)度考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析

單葉片模態(tài)考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析

邊界條件Clamp6faces

單葉片模態(tài)考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析

一階模態(tài)：動(dòng)畫考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析

單葉片模態(tài)

輪盤/葉片耦合模態(tài)

可以考慮榫頭和榫槽連接

可以考慮靜力預(yù)應(yīng)力，接觸預(yù)應(yīng)力等Dofsincontactarelinkedtogetherautomaticallyformodalanalysis考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析定義特征值的階次定義步驟連接考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析

輪盤/葉片耦合模態(tài)

可以考慮榫頭和榫槽連接

可以考慮靜力預(yù)應(yīng)力，接觸預(yù)應(yīng)力等

輪盤/葉片耦合模態(tài)0節(jié)徑，3階模態(tài)考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析

輪盤/葉片耦合模態(tài)

后處理顯示整個(gè)輪盤振動(dòng)其他考慮預(yù)應(yīng)力輪盤振動(dòng)的例子離心機(jī)–預(yù)應(yīng)力考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析循環(huán)對(duì)稱:回轉(zhuǎn)影響

科里奧利(CORIOLIS)效應(yīng)離心剛化

實(shí)例:2節(jié)徑模態(tài)

坎貝爾圖考慮預(yù)應(yīng)力影響的輪盤/葉片振動(dòng)分析軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

目標(biāo)Objectives

檢驗(yàn)和對(duì)比不同的模型

Testandcomparedifferentmodelingsfor:

軸

Theshaft

級(jí)：輪盤/葉片

Thebladed-stage

關(guān)注

Careabout:

結(jié)果精度

Precisionoftheresults(特征值eigenfrequenciescontent…)

計(jì)算時(shí)間

Timecomputations

模型規(guī)模

Sizeofthemodels…Showthatitispossibletocoupledifferentmodelingsfordifferentstageofthestructure軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型級(jí)：24個(gè)葉片(E=50.e09Pa,nu=0.3,M=3000kg/m3)軸(E=207.8e09Pa,nu=0.3,M=7800kg/m3)2個(gè)軸承支撐(K11=K22=43780000N/m)C11=C22=2627)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

計(jì)算了4個(gè)模型:模型1:二維模型

軸用軸對(duì)稱2維傅立葉單元

級(jí)用集中質(zhì)量模擬

模型2:完全的三維模型

軸用三維單元模擬

包含輪盤和葉片的級(jí)用三維單元模擬

模型3:二維/三維耦合單元軸用軸對(duì)稱2維傅立葉單元包含輪盤和葉片的級(jí)用三維單元模擬模型4:多級(jí)軸對(duì)稱單元

軸采用軸對(duì)稱扇區(qū)模型包含輪盤和葉片的級(jí)用軸對(duì)稱扇區(qū)模型軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

對(duì)比不同的模型對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果定義分析類型定義分析參數(shù)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型:CharacteristicofthestageofbladesVolume:558.6427e-06m3Mass:1.675281kgPolarmass:

Mxx=0.01511453kgm2Myy=MxxMzz=0.020661394kgm2Thepolarmassisusedtodefinethemassinthemodelwiththelumpedmass軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型1:二維模型軸用2D傅里葉單元模擬Ashaftmodeledby2dFourierelements

級(jí)用集中質(zhì)量Astagewithblademodeledbyalumpedmass軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型1:二維模型集中質(zhì)量輸入軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型1:二維模型

模態(tài):只有軸模態(tài)

–

模態(tài)1

沒有耦合模態(tài)

沒有級(jí)模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型1:二維模型

模態(tài)1:三維顯示恢復(fù)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型2:三維模型

軸用3D模型

級(jí)用3D模型軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型2:三維模型

模態(tài)1：軸模態(tài)

rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型2:三維模型

模態(tài)2：級(jí)/軸模態(tài)

rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型2:三維模型

模態(tài)3：級(jí)彎曲模態(tài)rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型3:三維/二維復(fù)合模型

級(jí)：三維模型軸：二維傅立葉模型rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模型3模擬策略3dblades-stage2dFouriershaftBearings定義特殊的耦合邊界條件軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模型3:

模態(tài)1單純的軸模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模態(tài)2：級(jí)/軸耦合模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模態(tài)3：?jiǎn)渭兊募?jí)模態(tài)，彎曲軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模型4:循環(huán)對(duì)稱模型軸用循環(huán)對(duì)稱扇區(qū)模擬級(jí)用循環(huán)對(duì)稱扇區(qū)模擬軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模型4:軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析Stage2:扇區(qū)角(360/24)

在兩邊定義循環(huán)對(duì)稱邊界條件Stage1:扇區(qū)角(360/48)在兩邊定義循環(huán)對(duì)稱邊界條件在兩個(gè)stage之間定義特殊的耦合邊界

循環(huán)對(duì)稱

模型4:

模態(tài)1：

軸模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模態(tài)1顯示恢復(fù)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模態(tài)3:級(jí)/軸耦合模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模態(tài)3:級(jí)/軸耦合模態(tài)rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模態(tài)5:級(jí)彎曲模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模態(tài)5:級(jí)彎曲模態(tài)rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

特征值頻率的比較(

=0Hz)2d-3d模型和完全3d模型結(jié)果非常相近2d+集中質(zhì)量模型頻譜小很多軸彎曲耦合模態(tài)級(jí)彎曲模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

模型規(guī)模和計(jì)算時(shí)間比較軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

結(jié)論介紹了2D模型和3D模型耦合，還有不同子結(jié)構(gòu)用不同循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)耦合的算例3Dstage可以:

模擬結(jié)果產(chǎn)生頻譜廣泛

同不同的stage耦合

精確的知道每個(gè)stage的模態(tài)

得到不同stage的應(yīng)變能信息只有2D模型結(jié)果是可以接受的，但是如果葉片慣量很大，就需要其它方法描述軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

結(jié)論多個(gè)stage的循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu):正確的描述了頻率譜。同3D模型相比，尺寸大小是很可觀的。后處理的3D復(fù)合過程非常簡(jiǎn)單，基本不消耗時(shí)間。軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

結(jié)論

所有的模型可以用在Allofthismodelingsareavailablefor:靜力分析,線性動(dòng)力學(xué)分析,動(dòng)力學(xué)相應(yīng)分析轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析瞬態(tài)分析軸-輪盤/葉片耦合振動(dòng)分析

另一個(gè)例子

兩個(gè)不同級(jí)和一個(gè)軸Stage1Numberofsectors=24Stage2Numberofsectors=9Introductionofspecificboundaryconditionsforthecoupling