针对转子系统力学问题的一些深入探讨.pptx

Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司SAMCEF SAMCEF 软件针对转子系统涉及的一些软件针对转子系统涉及的一些软件针对转子系统涉及的一些软件针对转子系统涉及的一些力学问题的深入探讨力学问题的深入探讨力学问题的深入探讨力学问题的深入探讨徐志程 周传月北京东方极峰科技有限公司Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 考虑榫头连接的静强度分析考虑榫头连接的静强度分析q 考虑预应力影响的轮盘振动分析考虑预应力影响的轮盘振动分析q 轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析内容内容Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司考虑榫头连接的静强度分析考虑榫头连接的静强度分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 静强度分析：静强度分析：q 叶片叶片+轮盘轮盘 q 循环对称建模循环对称建模考虑榫头连接的静强度考虑榫头连接的静强度定义一个扇区(=360/104)在扇区两侧定义循环边界条件（自动定义）载荷：离心力(f=50 Hz)径向施加Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司榫头和榫槽接触定义考虑榫头连接的静强度考虑榫头连接的静强度q 静强度分析：静强度分析：q 叶片叶片+轮盘轮盘 q 榫头榫头/榫槽连接榫槽连接Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司If the user wants Gluing instead of Contact:Same definition考虑榫头连接的静强度考虑榫头连接的静强度q 静强度分析：静强度分析：q 叶片叶片+轮盘轮盘 q 榫头榫头/榫槽连接榫槽连接Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司考虑榫头连接的静强度考虑榫头连接的静强度q 静强度分析：静强度分析：q 变形变形Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司考虑榫头连接的静强度考虑榫头连接的静强度q 静强度分析：静强度分析：q 接触压力接触压力Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 静强度分析：静强度分析：q 榫头的榫头的Mises应力应力考虑榫头连接的静强度考虑榫头连接的静强度Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 单叶片模态单叶片模态 考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司 边界条件边界条件Clamp 6 facesq 单叶片模态单叶片模态 考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司 一阶模态：动画考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析q 单叶片模态单叶片模态 Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 轮盘轮盘/叶片耦合模态叶片耦合模态v 可以考虑榫头和榫槽连接v 可以考虑静力预应力，接触预应力等Dofs in contact are linked together automatically for modal analysis考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司定义特征值的阶次定义步骤连接考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析q 轮盘轮盘/叶片耦合模态叶片耦合模态v 可以考虑榫头和榫槽连接v 可以考虑静力预应力，接触预应力等Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 轮盘轮盘/叶片耦合模态叶片耦合模态v 0节径，3阶模态考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析q 轮盘轮盘/叶片耦合模态叶片耦合模态v 后处理显示整个轮盘振动Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q其他考虑预应力轮盘振动的例子其他考虑预应力轮盘振动的例子离心机离心机 预应力预应力考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q循环对称循环对称:回转影响回转影响 科里奥利科里奥利(CORIOLIS)(CORIOLIS)效应效应 离心刚化离心刚化 实例实例:2:2 节径模态节径模态 坎贝尔图坎贝尔图考虑预应力影响的轮盘考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析叶片振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 目标目标 Objectivesq 检验和对比不同的模型检验和对比不同的模型 Test and compare different modelings for:q 轴轴 The shaftq 级：轮盘级：轮盘/叶片叶片 The bladed-stageq 关注关注 Care about:q 结果精度结果精度 Precision of the results(特征值eigenfrequencies content)q 计算时间计算时间 Time computationsq 模型规模模型规模 Size of the modelsq Show that it is possible to couple different modelings for different stage of the structure轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型 级：24个叶片(E=50.e09 Pa,nu=0.3,M=3000 kg/m3)轴(E=207.8e09 Pa,nu=0.3,M=7800 kg/m3)2个轴承支撑(K11=K22=43780000 N/m)C11=C22=2627)轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 计算了计算了4 4个模型个模型:q 模型1:二维模型q 轴用轴对称2维傅立叶单元q 级用集中质量模拟q 模型2:完全的三维模型q 轴用三维单元模拟 q 包含轮盘和叶片的级用三维单元模拟q 模型3:二维/三维耦合单元q 轴用轴对称2维傅立叶单元q 包含轮盘和叶片的级用三维单元模拟q 模型4:多级轴对称单元q 轴采用轴对称扇区模型q包含轮盘和叶片的级用轴对称扇区模型轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 对比不同的模型对应的临界转速计算结果对比不同的模型对应的临界转速计算结果定义分析类型定义分析参数轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型 :qCharacteristic of the stage of bladesqVolume:558.6427e-06 m3qMass:1.675281 kgqPolar mass:q Mxx=0.01511453 kgm2q Myy=Mxxq Mzz=0.020661394 kgm2qThe polar mass is used to define the mass in the model with the lumped mass轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型1:1:二维模型二维模型q轴用2D傅里叶单元模拟 A shaft modeled by 2d Fourier elementsq 级用集中质量 A stage with blade modeled by a lumped mass轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型1:1:二维模型二维模型q 集中质量输入轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型1:1:二维模型二维模型q 模态模态 :只有轴模态只有轴模态 模态模态1 1 q 没有耦合模态q 没有级模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型1:1:二维模型二维模型q 模态1:三维显示恢复轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型2:2:三维模型三维模型q 轴用3D模型q 级用3D模型轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 模型模型2:2:三维模型三维模型q 模态1：轴模态 rotor-3D_blade+3D_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 模型模型2:2:三维模型三维模型q 模态2：级/轴模态 rotor-3D_blade+3D_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 模型模型2:2:三维模型三维模型q 模态3：级弯曲模态rotor-3D_blade+3D_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 模型模型3:3:三维三维/二维复合模型二维复合模型q 级：三维模型q 轴：二维傅立叶模型rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型3 3q模拟策略3d blades-stage2d Fourier shaftBearings定义特殊的耦合边界条件轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型3:q 模态1 单纯的轴模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模态2：级/轴耦合模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模态 3：单纯的级模态，弯曲轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型4:4:循环对称模型循环对称模型q轴用循环对称扇区模拟q级用循环对称扇区模拟轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型 4:4:轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Stage 2:扇区角(360/24)在两边定义循环对称边界条件Stage 1:扇区角(360/48)在两边定义循环对称边界条件在两个stage之间定义特殊的耦合边界 循环对称Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型模型4:4:q 模态模态1 1：轴模态轴模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模态模态1 1 显示恢复显示恢复轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模态模态3:3:级级/轴耦合模态轴耦合模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 模态模态3:3:级级/轴耦合模态轴耦合模态rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模态模态5:5:级弯曲模态级弯曲模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 模态模态5:5:级弯曲模态级弯曲模态rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfieldSamcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 特征值频率的比较(=0 Hz)2d-3d模型和完全3d模型结果非常相近2d+集中质量模型频谱小很多轴弯曲耦合模态级弯曲模态轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 模型规模和计算时间比较模型规模和计算时间比较轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 结论q介绍了2D模型和3D模型耦合，还有不同子结构用不同循环对称结构耦合的算例q3D stage 可以:q 模拟结果产生频谱广泛q 同不同的stage耦合q 精确的知道每个stage的模态q 得到不同stage的应变能信息q只有2D模型结果是可以接受的，但是如果叶片惯量很大，就需要其它方法描述轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 结论q多个stage的循环对称结构:q正确的描述了频率谱。q同3D模型相比，尺寸大小是很可观的。q后处理的3D复合过程非常简单，基本不消耗时间。轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 结论q 所有的模型可以用在All of this modelings are available for:q静力分析,线性动力学分析,动力学相应分析q转子动力学分析q瞬态分析轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司q 另一个例子另一个例子v 两个不同级和一个轴两个不同级和一个轴Stage 1Number of sectors=24Stage 2Number of sectors=9Introduction of specific boundary conditions for the coupling between stages轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 另一个例子：两个不同级和一个轴另一个例子：两个不同级和一个轴q 级弯曲模态级弯曲模态Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 另一个例子：两个不同级和一个轴另一个例子：两个不同级和一个轴q 级级/轴耦合模态轴耦合模态Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 另一个例子：两个不同级和一个轴另一个例子：两个不同级和一个轴q 特征值结果特征值结果Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司轴轴-轮盘轮盘/叶片耦合振动分析叶片耦合振动分析q 另一个例子：两个不同级和一个轴另一个例子：两个不同级和一个轴q 特征值结果特征值结果Samcef FieldSamcef Field软件循环对称专题软件循环对称专题 北京东方极峰科技有限公司北京东方极峰科技有限公司谢谢！Thanks for your attention!