e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

基于有限元的多盘转子系统临界转速分析

2022/2/21    来源:达索    作者:肖斌      
关键字:多盘转子系统  有限元分析  临界转速  
本文基于有限元分析软件,通过数值算例,介绍了多盘转子系统临界转速分析的过程,并获得了多盘转子系统临界转速的分析结果,与理论值进行了对比。数值算例说明,本文应用的有限元方法,计算过程简单、实用。
1 前言

       转子系统作为旋转机械的工作主体,在电力、能源、交通、国防和化工等领域都得到了广泛的应用。随着科学技术水平的不断提高和行业对于旋转机械的进一步需求,旋转机械日益向大型化、高速化、集成化和自动化方向发展,这一过程极大地提高了生产效率,降低了生产成本、加速了人类文明的进程。但是旋转机械设备一旦发生故障,所造成的经济损失、人员伤亡和社会危害是难以估量的。

       转子系统动力学的研究一直是国内外学者研究的重点内容,也取得了十分丰富的研究成果。转子系统临界转速的计算对于了解转子系统的动力学性能和工作状况有着十分重要的意义,目前计算转子系统临界转速主要有两种方法,一种是传递矩阵法,另外一种是有限元方法。

       本文主要基于有限元软件SAMCEF ROTOR对多盘转子系统的临界转速进行分析,使得多盘转子系统临界转速的计算更加方便和准确,并将计算结果与临界转速理论值进行比较,对比发现,采用SAMCEF ROTOR软件对于多盘转子系统的临界转速进行分析不仅节省时间,而且具有良好的精度。

2 SAMCEF ROTOR软件介绍

       SAMCEF ROTOR是世界上唯一的单轴或多轴转子动力学大型有限元分析软件。SAMCEF ROTOR可以进行转子系统的建模,阻尼与无阻尼转子临界转速、转子稳定性、不平衡响应分析及瞬态响应分析、弯扭藕合分析。SAMCEF ROTOR软件的主要特点:

       基于三维图形界面SAMCEF Field,与大型CAD系统有接口,可以直接读取CAD几何模型。

       基于有限元方法的软件系统,是目前世界上唯一的大型商业化软件。

       可以使用梁单元、壳单元、二维轴对称谐波单元(2D-multi-harmonie axisymmetrical)和三维实体单元对转子系统、静子系统和连接部件进行建模。能模拟复杂的转子系统。

       具有弯曲和扭转藕合振动分析功能和齿轮单元,可模拟齿轮运动和弯扭藕合振动。

       与SAMCEF其它软件包配合,可以采用同一模型进行其它计算分析,例如传热分析和热应力分析。

       具有滑动轴承单元和挤压油膜阻尼单元。

       可模拟电磁轴承或控制系统

       SAMCEF ROTOR软件在对计算转子系统临界转速时主要有两种求解方法:

       扫频法。在运用扫频法时,我们需要定义转动的频率范围以计算在该范围内的特征值。此时,伪模态法及lanczos法都可以使用。扫频法可以解决较大的模型。

       直接法。这种方法临界转速将以特征解直接给出。

3 数值算例

       某双盘转子系统如图1所示。转盘1质量、直径转动惯量和极转动惯量分别为m1、Jd1、Jp1,转盘2质量、直径转动惯量和极转动惯量分别为m2、Jd2、Jp2。轴段长度为a。ml为102kg,Jdl为6.377kg·m2,Jpl为12.75kg·m2,m2为102kg,Jd2为6.377kg·m2,Jp2为12.75kg·m2,a为40mm,轴的直径为0.05mm。忽略转子的质量。计算在给定自转角速度时,系统的涡动频率,进一步画出系统涡动频率随变化的曲线,并求系统的临界转速及相应的模态振型。

双盘转子系统模型

图1 双盘转子系统模型

       此双盘转子转子系统有限元模型图如图2所示,有限元网格如图3所示,共划分39个单元,40个节点。

双盘转子系统有限元模型图

图2 双盘转子系统有限元模型图

有限元网格图

图3 有限元网格图

       在进行完建模和网格划分后,就可以进行求解设置,SAMCEF ROTOR计算转子系统的临界转速有两种方法,扫频法和直接法,本文采用扫频法,扫频从0到200HZ,间隔为10Hz,600rpm。

双盘转子系统Compbell曲线图

图4 双盘转子系统Compbell曲线图

       从此双盘转子系统的compbell曲线图中可以看出,此转子系统的一阶临界转速为124.4Hz,二阶临界转速为342.2Hz。而此双盘转子系统的理论值为:一阶临界转速121.2HZ、二阶临界转速为33.3HZ。误差很小,说明采用本文方法计算的临界转速具有一定的精度。图5和图6分别为双盘转子系统的一阶和二阶临界转速振型图。

双盘转子系统一阶临界转速振型图

图5 双盘转子系统一阶临界转速振型图

双盘转子系统二阶临界转速振型图

图6 双盘转子系统二阶临界转速振型图

4 结论

       通过有限元分析软件SAMCEF ROTOR计算了多盘转子系统的系统的固有频率和临界转速,并根据计算结果和振型图,对多盘转子系统的动力学特性进行了分析,从而为转子系统避免发生共振,确保转子系统在工作转速范围内正常运行提供了参考。
 
责任编辑:程玥
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并已尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐