如何在comsol®软件中执行各种转子分析188金宝搏优惠

2017年7月12日

旋转机械中的振动对彼此相互作用的各种旋转和固定组件的几何，结构和惯性特性非常敏感。这些特性包括安装组件的位置及其惯性特性，轴承特性和轴性质。要了解这些参数的效果，请从一个简单的模型开始，然后执行各种分析以将转子响应在同一模型中关联。让我们以简单支持的梁转子示例来演示此过程。

2种简单支撑梁转子系统的分析类型

在此示例中，转子系统是一个简单的转子，其整个长度均具有均匀的横截面。它在两端都由轴承支撑，并且在转子的不同位置有三个称为磁盘的固定组件。

您可以使用梁转子comsolMultiphysic188金宝搏优惠s®软件中的接口。用惯性特性和转子组件的偏移用磁盘节点。轴承支撑是通过基于等效刚度的方法来建模的期刊轴承在梁转子界面。

有关几何属性和模型设置的更多信息，请查看参考文献模型文档。

梁转子几何形状的示意图。
梁转子的几何形状示例。

两种类型的分析通常用于研究转子振动特征：特征频率和时间域分析。如一个以前的博客文章，转子的临界速度强烈取决于转子的角速度。因此，在进行特征频率分析时，您需要考虑转子速度的变化以获得正确的临界速度。当您想查看在随时间变化的激发下查看系统响应时，将执行时间域分析。

现在，让我们看一下每个分析提供的哪些类型信息以及执行这些分析的步骤。

转子的特征频率分析

特征频率分析用于确定系统的固有频率。在动力学的情况下，可以以两种不同的方式使用该分析。

首先，对于不固定的系统的运行速度，您可以针对操作速度范围进行系统的特征频率分析，并选择与系统的临界速度最远的系统分析并符合其他设计注意事项。如果您找不到适合当前系统的工作速度，则可能需要在系统中进行某些设计修改，以获得满足所有要求的稳定操作速度。

在第二种类型的分析中，系统的工作速度是固定的。在这种情况下，您需要以给定的操作速度执行特征频率分析，以检查系统的任何固有频率是否都不接近运行速度。如果任何固有频率更接近工作速度，则必须进行设计修改。

转子系统中的设计修改需要了解什么样的修改将产生所需的效果以及以什么成本。在这里，模拟简单系统以了解设计修改的效果非常有帮助。仿真可以为设计修改提供准则，从而减少设计过程中的迭代次数。

考虑第一种情况，即系统的运行速度未固定，以了解分析步骤。在这种情况下，您需要对转子的角速度进行参数特征分析。这需要两个步骤学习节点：参数扫描和步骤1：eigenfquency，左下方显示。设置参数扫描扫描参数的节点哦代表转子的角速度如下所示。此参数用作输入转子速度部分梁转子节点设置，如下所示。

步入学习节点（左），参数扫描（中间）的设置和转子速度输入（右）。

进行分析后，您将得到一个旋转情节转子的默认值，如下所示。旋转图显示了给定RPM和固有频率组合的旋转轨道和转子的变形形状。

转子的旋转图，由Comsol Multiphysics版本5.3创建。188金宝搏优惠
转子的旋转图。

转子的变形形状还使您了解固有频率将如何取决于转子的角速度。如果磁盘在没有明显倾斜的情况下从旋转轴移开，则向后旋转（与自旋相反）的频率分裂，向前旋转（与旋转相同的方向）不显着。或者，如果磁盘离旋转轴不显着移动并具有明显的倾斜度，则在向后和前进旋转的频率中分裂是明显的。

为了深入理解这个概念，您可以将不同模式的固有频率变化与转子的角速度绘制，这通常称为坎贝尔图。坎贝尔的坎贝尔图如下所示。您可以在某些模式下看到特征频率的强度差异。而对于其他人，尤其是固有频率低的模式，差异并不显着。如果您查看与这些频率相对应的模式形状，它们会确认先前讨论的行为。可以通过查看固有频率与角速度曲线的交汇处从坎贝尔图获得转子的临界速度ω=ω曲线。这些是不应操作转子的速度，除非充分抑制。

坎贝尔图描绘了简单支撑的梁转子系统中转子的临界速度。

简单支持的转子系统的坎贝尔图。

可以通过绘制对数减小的角度与转子的角速度绘制对数减小来访问相应模式中的阻尼。对数减少定义为

\ delta = \ ln \ left（\ frac {a（t）} {a（t+t）} \ right）= \ frac {2 \ pi \ im（\ omega）} {\ re（\ omega）}

在哪里一个（（t）是时间变化的回应，ω是系统的复杂特征频率。t是由t = \ frac {2 \ pi} {\ re（\ omega）}。

co188金宝搏优惠msol图显示了简单支持的转子系统中不同弯曲模式的对数减小。
简单支持的转子系统中不同弯曲模式的对数减小。

在上面的图中，您可以看到不同弯曲模式的对数减小变化，并具有简单支撑的转子的角速度。符号“ b”和“ f”分别用于向后和向前的旋转模式。零的对数减小意味着系统未受阻止，负值表示不稳定的系统，正值表示稳定的系统。

您还可以注意一些曲线的图案更改。原因是模态数据以固有频率的越来越多的顺序排列。但是我们知道，转子的固有频率在向后旋转模式下降低，并增加了前向旋转模式。因此，较高的向后旋转和较低的前向旋转模式之间的固有频率超出了一定角度的速度。这使模式的初始顺序不高兴，从而导致跨跨界点的模式切换。

转子的时间依赖性分析

特征频率分析给出了在稳态下运行的转子系统的特征。但是，在达到稳态之前和之后，在升级和降低过程中，转子的角速随时间而变化。在某些情况下，工作速度可能高于转子的前几个固有频率。因此，在运行和拆卸过程中，转子将越过相应的临界速度。同样，可能会在转子上作用非谐波时变外部激发。在这种情况下，转子响应不能完全通过特征频率或频域分析完全确定。相反，您需要一个依赖时间的模拟来研究系统的响应。

您还可以通过执行参数扫描来查看角速度如何控制响应，以在不同的角度速度下对转子进行时间依赖性分析。这种分析的明显扩展是评估所有角速度转子的时间依赖性响应的频谱，并分析角速度和频率的组合导致高振幅响应。一个瀑布图显示响应幅度与角速度和频率，并在不同速度下给出模态参与响应的分布。可以使用研究节点中的三个步骤进行此类分析，如下所示。

Comsol Multiphysics版本5.3中的FFT研究节点的短暂截图。188金宝搏优惠
瀑布图分析的步骤。这参数扫描学习步骤用于扫除角速度与时间相关研究步骤用于执行与参数扫描中每个角速相对应的时间依赖性分析，A频率FFT的时间研究步骤采用时间依赖性数据的快速傅立叶变换，以转换为频谱。

在特征频率分析中，使用恒定刚度和阻尼系数对轴承进行建模。但是，实际上，这些系数很大程度上取决于期刊运动。为了强调非线性在时间域分析中的效果，使用普通的期刊轴承模型代替恒定的轴承系数。普通的日志轴承模型基于雷诺方程的分析解，用于短轴承近似。在这种情况下，由于偏心安装为磁盘，该系统是自我激发的。为了简化系统，仅考虑第二个磁盘在局部Y方向上具有较小的偏心率。

瀑布图z- 位移的组件如下图所示。您可以在频谱中清楚地观察到三个峰。第三个山峰，沿着ω=ω曲线对应于1倍同步旋转。这是由于偏心率随轴的旋转而改变其方向而响应的离心力。由于复杂的转子轴承相互作用，其他峰对应于转子的轨道。原因是，轴承中日志周围压力分布的力与期刊运动具有交叉耦合效应。换句话说，杂志在横向方向之一中的运动诱导了垂直于其的横向方向的力的成分。这种现象的效果是朝向旋转方向作用在转子上的净力。这会导致转子的同步轨道。

由Comsol Multiphysics版本5.3生成的瀑布图。188金宝搏优惠
瀑布图显示了响应幅度与转子的角速度和频率。