针对转子系统力学问题的一些深入探讨

SAMCEF软件针对转子系统涉及的一些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

考虑榫头连接的静强度分析考虑预应力影响的轮盘振动分析轴-轮盘/叶片耦合振动分析内容考虑榫头连接的静强度分析

静强度分析：叶片+轮盘

循环对称建模考虑榫头连接的静强度定义一个扇区(θ=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=50Hz)径向施加榫头和榫槽接触定义考虑榫头连接的静强度

静强度分析：叶片+轮盘

榫头/榫槽连接IftheuserwantsGluinginsteadofContact:Samedefinition考虑榫头连接的静强度

静强度分析：叶片+轮盘

榫头/榫槽连接考虑榫头连接的静强度

静强度分析：变形考虑榫头连接的静强度

静强度分析：接触压力

静强度分析：榫头的Mises应力考虑榫头连接的静强度考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析

单叶片模态考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析

边界条件Clamp6faces

单叶片模态考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析

一阶模态：动画考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析

单叶片模态

轮盘/叶片耦合模态

可以考虑榫头和榫槽连接

可以考虑静力预应力，接触预应力等Dofsincontactarelinkedtogetherautomaticallyformodalanalysis考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析定义特征值的阶次定义步骤连接考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析

轮盘/叶片耦合模态

可以考虑榫头和榫槽连接

可以考虑静力预应力，接触预应力等

轮盘/叶片耦合模态0节径，3阶模态考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析

轮盘/叶片耦合模态

后处理显示整个轮盘振动其他考虑预应力轮盘振动的例子离心机–预应力考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析循环对称:回转影响

科里奥利(CORIOLIS)效应离心刚化

实例:2节径模态

坎贝尔图考虑预应力影响的轮盘/叶片振动分析轴-轮盘/叶片耦合振动分析

目标Objectives

检验和对比不同的模型

Testandcomparedifferentmodelingsfor:

轴

Theshaft

级：轮盘/叶片

Thebladed-stage

关注

Careabout:

结果精度

Precisionoftheresults(特征值eigenfrequenciescontent…)

计算时间

Timecomputations

模型规模

Sizeofthemodels…Showthatitispossibletocoupledifferentmodelingsfordifferentstageofthestructure轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型级：24个叶片(E=50.e09Pa,nu=0.3,M=3000kg/m3)轴(E=207.8e09Pa,nu=0.3,M=7800kg/m3)2个轴承支撑(K11=K22=43780000N/m)C11=C22=2627)轴-轮盘/叶片耦合振动分析

计算了4个模型:模型1:二维模型

轴用轴对称2维傅立叶单元

级用集中质量模拟

模型2:完全的三维模型

轴用三维单元模拟

包含轮盘和叶片的级用三维单元模拟

模型3:二维/三维耦合单元轴用轴对称2维傅立叶单元包含轮盘和叶片的级用三维单元模拟模型4:多级轴对称单元

轴采用轴对称扇区模型包含轮盘和叶片的级用轴对称扇区模型轴-轮盘/叶片耦合振动分析

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-轮盘/叶片耦合振动分析

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

Mxx=0.01511453kgm2Myy=MxxMzz=0.020661394kgm2Thepolarmassisusedtodefinethemassinthemodelwiththelumpedmass轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型1:二维模型轴用2D傅里叶单元模拟Ashaftmodeledby2dFourierelements

级用集中质量Astagewithblademodeledbyalumpedmass轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型1:二维模型集中质量输入轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型1:二维模型

模态:只有轴模态

–

模态1

没有耦合模态

没有级模态轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型1:二维模型

模态1:三维显示恢复轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型2:三维模型

轴用3D模型

级用3D模型轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型2:三维模型

模态1：轴模态

rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型2:三维模型

模态2：级/轴模态

rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型2:三维模型

模态3：级弯曲模态rotor-3D_blade+3D_shaft.sfield轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模型3:三维/二维复合模型

级：三维模型轴：二维傅立叶模型rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模型3模拟策略3dblades-stage2dFouriershaftBearings定义特殊的耦合边界条件轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模型3:

模态1单纯的轴模态轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模态2：级/轴耦合模态轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模态3：单纯的级模态，弯曲轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+2Dfourier_shaft.sfield

模型4:循环对称模型轴用循环对称扇区模拟级用循环对称扇区模拟轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模型4:轴-轮盘/叶片耦合振动分析Stage2:扇区角(360/24)

在两边定义循环对称边界条件Stage1: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

模型4:

模态1：

轴模态轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模态1显示恢复轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模态3:级/轴耦合模态轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模态3:级/轴耦合模态rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

模态5:级弯曲模态轴-轮盘/叶片耦合振动分析rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield轴-轮盘/叶片耦合振动分析

模态5:级弯曲模态rotor-3D_blade+3D_shaft_cyclic_sym.sfield

特征值频率的比较(

=0Hz)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-轮盘/叶片耦合振动分析

模型规模和计算时间比较轴-轮盘/叶片耦合振动分析

结论介绍了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3Dstage可以:

模拟结果产生频谱广泛

同不同的stage耦合

精确的知道每个stage的模态

得到不同stage的应变能信息只有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-轮盘/叶片耦合振动分析

结论多个stage的循环对称结构:正确的描述了频率谱。同3D模型相比，尺寸大小是很可观的。后处理的3D复合过程非常简单，基本不消耗时间。轴-轮盘/叶片耦合振动分析

结论

所有的模型可以用在Allofthismodelingsareavailablefor:静力分析,线性动力学分析,动力学相应分析转子动力学分析瞬态分析轴-轮盘/叶片耦合振动分析

另一个例子

两个不同级和一个轴Stage1Numberofsectors=24Stage2Numberofsectors=9Introductionofspecificboundaryconditionsforthecoupling