转子动力学模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.3a 版本为“转子动力学模块”的用户引入了六种类型的滚动轴承,新增了用于连接转子动力学模型与实体模型的多物理场耦合特征,以及液体动压推力轴承。请阅读以下内容,了解这些转子动力学特征。

滚动轴承

“转子动力学模块”中新增了六种类型的滚动轴承模型:

  1. 深沟球轴承
  2. 角接触球轴承
  3. 自对准球轴承
  4. 球形滚子轴承
  5. 圆柱滚子轴承
  6. 锥形滚子轴承

每个轴承都可以包含单排或双排滚动体。模型包含滚动体与内外圈之间的接触刚度的非线性表示。

演示 COMSOL Multiphysics 5.3a 版本的“转子动力学模块”中 6 种不同轴承类型的草图拼贴图。

六种不同轴承类型及其几何参数的草图。前视图(左下角)表明只有一定数量的滚动体会承载载荷。

六种不同轴承类型及其几何参数的草图。前视图(左下角)表明只有一定数量的滚动体会承载载荷。

液体动压轴承与实体模型耦合

新增了实体-轴承 多物理场耦合,用于连接在液体动压轴承 接口中建模的轴颈轴承与固体力学多体动力学 接口中的移动实体零件。轴承既可以是固定的,也可以安装在柔性零件上。

显示液体动压轴承与固体模型耦合的示例。

使用“多体动力学模块”模拟的柔性轴在液体动压轴颈轴承中旋转。轴承中的压力分布主要取决于轴的弯曲情况。

使用“多体动力学模块”模拟的柔性轴在液体动压轴颈轴承中旋转。轴承中的压力分布主要取决于轴的弯曲情况。

液体动压推力轴承

液体动压轴承 接口现在还能求解液体动压推力轴承,这是 COMSOL Multiphysics® 5.3a 版本中新增的特征。轴承可以是可倾瓦锥形用户定义 的类型。可倾瓦轴承可以具有点枢轴,也可以具有线枢轴。此外,公式中还可以包含润滑油空化。


使用 COMSOL Multiphysics 5.3a 版本的基本模块和“转子动力学模块”建模的推力轴承。

推力轴承中的压力分布和轴瓦剖面图。

推力轴承中的压力分布和轴瓦剖面图。

默认绘图的功能改进

结构力学物理场接口中的默认绘图已更新,现在可以生成信息更丰富的可视化效果。“案例库”教程也进行了相应更新。主要更改如下所示:

  • von Mises 应力图的颜色表为 RainbowLight
  • 特征频率和线性屈曲研究的振型图颜色表为 AuroraBorealis
  • 振型图已去除图例,以突出说明模式的振幅没有物理意义
  • 桁架 接口中截面力绘图的颜色表为 Wave,具有对称的颜色范围
    • 例如,借此可以立即区分拉伸和压缩
  • 在接触分析中,以线图(二维)或云图(三维)的形式添加了接触压力图
  • “应力线性化”的默认绘图现已在图表中加入图例
  • 接口生成的默认“未变形几何”绘图现在新增了多种颜色
  • 在使用塑性或蠕变等材料模型时,相关应变物理量的云图(如有效塑性应变)叠加在应力图上
    • 适用于“非线性结构材料模块”和“岩土力学模块”
  • 疲劳 接口中,Traffic 颜色表用于预测的失效周期和使用因子
    • 适用于“疲劳模块”
COMSOL Multiphysics 5.3a 版本中改进的默认绘图与旧版软件绘图的视觉效果比较。

在本例中您可以看到,应力图中的颜色较亮(RainbowLight 颜色表),默认情况下已添加塑性应变等值线和接触压力等值线。为了进行比较,同时显示了 COMSOL Multiphysics® 5.3 版本中同一模型的默认绘图。

在本例中您可以看到,应力图中的颜色较亮(RainbowLight 颜色表),默认情况下已添加塑性应变等值线和接触压力等值线。为了进行比较,同时显示了 COMSOL Multiphysics® 5.3 版本中同一模型的默认绘图。

新增教学模型:受交叉耦合轴承力影响的涡轮增压器的稳定性

液体动压轴承中的交叉耦合力通常在转子中起负阻尼作用。当接近临界速度时,可能导致涡轮增压器的振动失控,造成轴承故障的风险。在本例中,您可以分析交叉耦合力对转子动力学的影响。部分研究包含如何减少这些振动。

使用 COMSOL Multiphysics 5.3a 版本模拟的涡轮增压器的转子动力学分析。

转速为 500 RPM 时系统的一阶特征模态,以及显示位移幅值随 RPM 和激励频率变化的瀑布图。

转速为 500 RPM 时系统的一阶特征模态,以及显示位移幅值随 RPM 和激励频率变化的瀑布图。

案例库路径:
Rotordynamics_Module/Automotive_and_Aerospace/turbocharger_stability_analysis

新增教学模型:滚子轴承间隙对转子非同步振动的影响

为避免转子产生非同步振动,轴承间隙应尽量保持最小值。然而,间隙过紧又会影响轴承的耐久性。该教学模型可以比较不同径向间隙的非线性接触产生的振动。

显示轴上力的一维绘图。

不同轴承间隙值的动态响应;间隙最大时,所产生的轴承力也较大,并呈间歇性,从而导致不稳定。

不同轴承间隙值的动态响应;间隙最大时,所产生的轴承力也较大,并呈间歇性,从而导致不稳定。

案例库路径:
Rotordynamics_Module/Tutorials/nonsynchronous_rotor_vibration_with_roller_bearing