转子动力学模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.5 版本为“转子动力学模块”的用户引入了液体动压轴承的动力系数计算、“多转子轴承”和“挤压油膜阻尼器”等特征。请阅读以下内容,了解有关转子动力学模块更新的更多信息。

液体动压轴承的动力系数计算

现在,您可以计算轴承颈平衡位置的动力系数,即等效线性刚度和阻尼系数。这对于需要限制轴承的交叉系数来避免不稳定的轴承设计非常有用。此外,您还可以在转子仿真中直接使用轴承系数来加快建模过程。滑动轴承动力系数的计算挤压油膜阻尼器的阻尼系数模型提供了相关演示。

将轴颈轴承的轴承刚度计算值与解析值进行比较的一维绘图,两个值分别以线和标记显示。 计算滑动轴承的动力系数 轴承刚度计算值与解析值的比较。
将轴颈轴承的阻尼系数计算值与解析值进行比较的一维绘图,两个值分别以线和标记显示。 轴颈轴承的阻尼系数 阻尼系数计算值与相应解析解的比较。

多转子轴承

通过使用新的多转子轴承 特征,您可以对同轴转子在不同速度下的振动进行建模。此特征可以模拟两个同心轴之间的轴间轴承。此类转子常见于发电厂使用的汽轮机中,这种系统由一系列高压 (HP)、中压 (IP) 和低压 (LP) 汽轮机组成,其中的同轴转子在不同速度下运行。多轴转子的另一个例子是涡轮风扇发动机,其内轴上的低压涡轮驱动风扇,外轴上的高压涡轮驱动压缩机。双转子系统的临界转速模型演示了多转子轴承 特征的应用。

并排显示的双转子系统的几何结构和回旋模式。 双转子系统的几何结构和回旋模式 双转子系统的几何结构(左)和特定速度下的一种回旋模式(右)。在如图所示的模型中,两个转子放置在不同的位置。但实际上它们是同轴的,完全由多转子轴承的公式进行处理。

挤压油膜阻尼器

顾名思义,挤压油膜阻尼器是通过挤压油膜为旋转系统提供额外阻尼的部件。这些部件通常与滚动轴承一起使用,而滚动轴承本身不能提供足够的阻尼。液膜阻尼器也与液体动压轴承一起使用。我们可以通过两种方式来模拟挤压油膜阻尼器。第一种方法是通过数值求解雷诺方程得到薄膜中的压力分布,从而计算出阻尼器的净反作用力和力矩。液体动压轴承 接口提供了新的挤压油膜阻尼器 特征用于这种类型的建模。

模拟挤压油膜阻尼器的第二种方法是使用阻尼器的力和力矩的解析表达式,这可以通过短长度近似法得到。对于这种类型的建模,您可以在实心转子梁转子 接口的轴颈轴承径向滚子轴承 节点上添加一个子节点挤压油膜阻尼器挤压油膜阻尼器的阻尼系数模型提供了这一新功能的应用演示。

将挤压油膜阻尼器的阻尼系数计算值与解析值进行比较的一维绘图,两个值分别以线和标记显示。 挤压油膜阻尼器的阻尼系数 平压油膜阻尼器阻尼系数的计算值与解析值的比较。

梁转子的默认几何绘图

梁转子 接口中添加了转子几何结构的新默认绘图,有助于在分析结果时将各个组件的位置可视化,如应力图和回旋图。圆盘在相应位置显示为薄圆盘,其外观取决于已知信息。

  1. 具有非零质量和惯性矩的圆盘,其直径基于惯性对应于圆盘这一假设计算得到
  2. 如果忽略圆盘的惯性矩,假设圆盘只有质量,则不论其质量如何,都使用标准直径的圆盘 a. 颜色的阴影比具有完整信息的圆盘更浅
  3. 如果圆盘只有非零惯性矩,则绘制标准直径的圆盘(大于只有质量的圆盘) a. 颜色的阴影比具有完整信息的圆盘更深

径向轴承显示为指向转子的径向圆锥。转子端部的轴向轴承由轴向上的圆锥表示。如果轴向轴承位于转子内部,则会显示一个代表轴承轴环的小圆盘,以及从两侧指向轴环的两个圆锥。您可以在双转子系统的临界转速模型中看到这一新功能。

梁转子的几何结构显示为绿色径向圆锥以及棕色和栗色圆板。 转子几何结构默认绘图 新的转子默认几何绘图。圆板表示圆盘,指向转子的径向圆锥表示径向轴承,端部的轴向锥和内部带有圆板的两个圆锥表示推力轴承。

载荷可视化

现在,所有结构力学物理场接口都支持将施加的机械载荷作为默认绘图。由于载荷图与解相关,因此,使用新的解更新数据集时,箭头方向和颜色都会更新。即使是抽象载荷(如作用在刚性连接件和刚性域上的力和力矩),也会在它们的真正受力点上绘制出来。新版本为此功能引入了一个新的箭头类型,用于绘制作用力矩。超过 100 个模型使用这个新功能进行了更新。

三个管模型,其中使用红色箭头将各种机械载荷进行可视化。 管上载荷可视化 在管模型上绘制的三组载荷。

新的教学案例

5.5 版本新增了多个教学案例。

滑动轴承动力系数的计算
将轴承刚度计算值与解析值进行比较的一维绘图,两个值分别以线和标记显示。 计算滑动轴承的动力系数 用于计算动力系数的滑动轴承模型;图中显示轴承刚度计算值与解析值的比较结果。

“案例库”标题:
journal_bearing_dynamic_coefficients
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挤压油膜阻尼器的阻尼系数
将阻尼系数计算值与解析值进行比较的一维绘图,两个值分别以线和标记显示。 挤压油膜阻尼器的阻尼系数 挤压油膜阻尼器模型;图中显示阻尼系数计算值与解析值的比较结果。

“案例库”标题:
squeeze_film_damper_damping_coefficients
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双转子系统的临界转速
并排显示的双转子系统的几何结构和回旋模式。 双转子系统的几何结构和回旋模式 用于计算双转子系统的临界转速的模型。图中显示系统的几何结构(左)和特定速度下的一种回旋模式(右)。

“案例库”标题:
dual_rotors
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齿轮敲击和轴承不对中引起的轴振动
滚子轴承模型,其中轴的应力通过彩虹色表格显示,滚子轴承力以红色箭头表示。 滚子轴承中的齿轮敲击和轴承不对中 滚子轴承中由于齿轮敲击和轴承不对中引起的轴振动模型。结果显示某个特定时间的轴上应力(彩色图)和滚子轴承力(箭头图)。

“案例库”标题:
gear_rattle_with_bearing_misalignment
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