針對轉子系統(tǒng)力學問題的一些深入探討

SAMCEF軟件針對轉子系統(tǒng)涉及的一些力學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度分析考慮預應力影響的輪盤振動分析軸-輪盤/葉片耦合振動分析內容考慮榫頭連接的靜強度分析

靜強度分析：葉片+輪盤

循環(huán)對稱建模考慮榫頭連接的靜強度定義一個扇區(qū)(θ=360/104)在扇區(qū)兩側定義循環(huán)邊界條件（自動定義）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度

靜強度分析：葉片+輪盤

榫頭/榫槽連接IftheuserwantsGluinginsteadofContact:Samedefinition考慮榫頭連接的靜強度

靜強度分析：葉片+輪盤

榫頭/榫槽連接考慮榫頭連接的靜強度

靜強度分析：變形考慮榫頭連接的靜強度

靜強度分析：接觸壓力

靜強度分析：榫頭的Mises應力考慮榫頭連接的靜強度考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析

單葉片模態(tài)考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析

邊界條件Clamp6faces

單葉片模態(tài)考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析

一階模態(tài)：動畫考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析

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

可以考慮靜力預應力，接觸預應力等Dofsincontactarelinkedtogetherautomaticallyformodalanalysis考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析定義特征值的階次定義步驟連接考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析

輪盤/葉片耦合模態(tài)

可以考慮榫頭和榫槽連接

可以考慮靜力預應力，接觸預應力等

輪盤/葉片耦合模態(tài)0節(jié)徑，3階模態(tài)考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析

輪盤/葉片耦合模態(tài)

后處理顯示整個輪盤振動其他考慮預應力輪盤振動的例子離心機–預應力考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析循環(huán)對稱:回轉影響

科里奧利(CORIOLIS)效應離心剛化

實例:2節(jié)徑模態(tài)

坎貝爾圖考慮預應力影響的輪盤/葉片振動分析軸-輪盤/葉片耦合振動分析

目標Objectives

檢驗和對比不同的模型

Testandcomparedifferentmodelingsfor:

軸

Theshaft

級：輪盤/葉片

Thebladed-stage

關注

Careabout:

結果精度

Precisionoftheresults(特征值eigenfrequenciescontent…)

計算時間

Timecomputations

模型規(guī)模

Sizeofthemodels…Showthatitispossibletocoupledifferentmodelingsfordifferentstageofthestructure軸-輪盤/葉片耦合振動分析

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

計算了4個模型:模型1:二維模型

軸用軸對稱2維傅立葉單元

級用集中質量模擬

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用三維單元模擬

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

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

對比不同的模型對應的臨界轉速計算結果定義分析類型定義分析參數軸-輪盤/葉片耦合振動分析

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

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

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

級用集中質量Astagewithblademodeledbyalumpedmass軸-輪盤/葉片耦合振動分析

模型1:二維模型集中質量輸入軸-輪盤/葉片耦合振動分析

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)

沒有級模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動分析

模型1:二維模型

模態(tài)1:三維顯示恢復軸-輪盤/葉片耦合振動分析

模型2:三維模型

軸用3D模型

級用3D模型軸-輪盤/葉片耦合振動分析rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield軸-輪盤/葉片耦合振動分析

模型2:三維模型

模態(tài)1：軸模態(tài)

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

模型2:三維模型

模態(tài)2：級/軸模態(tài)

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

模型2:三維模型

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

模型3:三維/二維復合模型

級：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/葉片耦合振動分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

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

模態(tài)3：單純的級模態(tài)，彎曲軸-輪盤/葉片耦合振動分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

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

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

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

循環(huán)對稱

模型4:

模態(tài)1：

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

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

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

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

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

模態(tài)5:級彎曲模態(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模型結果非常相近2d+集中質量模型頻譜小很多軸彎曲耦合模態(tài)級彎曲模態(tài)軸-輪盤/葉片耦合振動分析

模型規(guī)模和計算時間比較軸-輪盤/葉片耦合振動分析

結論介紹了2D模型和3D模型耦合，還有不同子結構用不同循環(huán)對稱結構耦合的算例3Dstage可以:

模擬結果產生頻譜廣泛

同不同的stage耦合

精確的知道每個stage的模態(tài)

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

結論多個stage的循環(huán)對稱結構: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復合過程非常簡單，基本不消耗時間。軸-輪盤/葉片耦合振動分析

結論

所有的模型可以用在Allofthismodelingsareavailablefor:靜力分析,線性動力學分析,動力學相應分析轉子動力學分析瞬態(tài)分析軸-輪盤/葉片耦合振動分析

另一個例子

兩個不同級和一個軸Stage1Numberofsectors=24Stage2Numberofsectors=9Introductionofspecificboundaryconditionsforthecoupling