Определение напряжений коленчатого вала в момент резонанса.

[mittka 0]

Здравствуйте. 

Я сейчас разбираюсь с грамотным расчетом НДС коленчатого вала дизельного двигателя и пытаюсь определить конкретные значения, которых достигают напряжения и углы закрутки в момент резонанса. Считаю в Ansys Workbench 15.

Выполняю связный расчет Modal - Transient Structural. С идеей прикладывать в Transient моменты от цилиндров к торцам шатунных шеек в зависимости от частоты вращения коленчатого вала через Tabular Data. И таким образом получить распределение напряжений в материале в зависимости от частоты вращения КВ и , вероятно, с учетом подключения Modal поймать скачки этих значений в моменты резоннанса.

В итоге сталкиваюсь с проблемой: при связывании Transient с Modal из первом пропадает возможность задать часть исходных условий и задавая моменты по шагам, я не могу задать по шагам саму частоту вращения.

Возможно, сама идея далека от идеала, но ничего логичнее пока в голову не пришло. Буду благодарен за любые ответы, советы, подсказки. Хочется понять, как правильно проводить подобные расчеты.

[AlexKaz 1 822]

Выполняю связный расчет Modal - Transient Structural.

Почему последовательность такая, а не обратная?

с грамотным расчетом НДС коленчатого вала дизельного двигателя и пытаюсь определить конкретные значения, которых достигают напряжения и углы закрутки в момент резонанса.

И те, и те определяются с точностью до константы. Характеристики демпфирования известны? Если нет, то распечатку с напряжениями можете повесить на стенку - для чего-то иного она бесполезна.

[mittka 0]

Почему последовательность такая, а не обратная?

 

 

И те, и те определяются с точностью до константы. Характеристики демпфирования известны? Если нет, то распечатку с напряжениями можете повесить на стенку - для чего-то иного она бесполезна.

Об обратной последовательности не задумывался. Мне казалось логичным сначала определить собственные частоты, а потом только находить напряжения. Да и какой в этом смысл ?

Характеристики демпфирования неизвестны, тем не менее задача такая остается.

Изменено 26 января 2016 пользователем mittka

[soklakov 1 475]

Выполняю связный расчет Modal - Transient Structural.

 

Связанный? Наверное, речь о transient расчете методом суперпозиции форм?

Возможно, сама идея далека от идеала, но ничего логичнее пока в голову не пришло.

Может быть слова "роторная динамика"?

Буду благодарен за любые ответы, советы, подсказки.

Динамика и роторная динамика .

[mittka 0]

 

Связанный? Наверное, речь о transient расчете методом суперпозиции форм?

 

 

Может быть слова "роторная динамика"?

 

 

Динамика и роторная динамика .

 

Спасибо, сейчас ознакомлюсь.

[mittka 0]

 

Связанный? Наверное, речь о transient расчете методом суперпозиции форм?

 

 

Может быть слова "роторная динамика"?

 

 

Динамика и роторная динамика .

У меня нет регистрации на приведенный по ссылкам сайт. Нашел мануалы Ansys на эту тему. Все-таки это не совсем то. Помогите мне понять, каким образом можно выцепить в Ansys момент резонанса, увидев в результате расчета возросшие резонансные напряжения? Поясните пожалуйста, в чем неверна описанная мною идея?

[AlexKaz 1 822]

каким образом можно выцепить в Ansys момент резонанса, увидев в результате расчета возросшие резонансные напряжения?

В классическом модальном анализе сначала ищут перемещения, для этого составляется расчётная схема с приложенными силами (статический анализ). Затем для полученных перемещений находят напряжения. А можно оставить их нулевыми. И вот уже эти начальные напряжения влияют на собственные частоты, для которых в постпроцессоре Вы увидите формы колебаний. Формы колебаний есть перемещения точек, и они нормируются на некоторую величину (опционально как решит софт). Но не принимая в расчёт демпфирующие свойства Ваши напряжения станут липой, ибо резонанс суть бесконечно большие перемещения конструкции.  В реальной конструкции никакого резонанса может не быть, или быть, но незначительный, или быть значительным и даже с превышением допустимых напряжений, но для конкретного промежутка времени не критичным. Угадать какая величина демпфирования очень технологически не просто, дорого и затратно. Поэтому забивают на напряжения, и ориентируются на собственные частоты

[mittka 0]

В классическом модальном анализе сначала ищут перемещения, для этого составляется расчётная схема с приложенными силами (статический анализ). Затем для полученных перемещений находят напряжения. А можно оставить их нулевыми. И вот уже эти начальные напряжения влияют на собственные частоты, для которых в постпроцессоре Вы увидите формы колебаний. Формы колебаний есть перемещения точек, и они нормируются на некоторую величину (опционально как решит софт). Но не принимая в расчёт демпфирующие свойства Ваши напряжения станут липой, ибо резонанс суть бесконечно большие перемещения конструкции.  В реальной конструкции никакого резонанса может не быть, или быть, но незначительный, или быть значительным и даже с превышением допустимых напряжений, но для конкретного промежутка времени не критичным. Угадать какая величина демпфирования очень технологически не просто, дорого и затратно. Поэтому забивают на напряжения, и ориентируются на собственные частоты

Получается сначала необходимо просто провести расчет Structural, а затем отправить его результаты в Modal? Просто я считал, что правильно найти отдельно частоты собственных колебаний, проведя расчет Modal без каких-либо нагрузок-граничных условий, а потом сравнивать полученные значения с частотой возмущающего воздействия, т.е. с рабочей частотой двигателя, как я понимаю, и таким образом определить момент резонанса.

[soklakov 1 475]

Получается сначала необходимо просто провести расчет Structural, а затем отправить его результаты в Modal?

Не получается. А Вы читали советы начинающим? 

правильно найти отдельно частоты собственных колебаний, проведя расчет Modal без каких-либо нагрузок-граничных условий, а потом сравнивать полученные значения с частотой возмущающего воздействия, т.е. с рабочей частотой двигателя, как я понимаю, и таким образом определить момент резонанса

Правильно. Точнее, это может быть правильным, если мы одинаково понимаем этот текст.

К примеру, что такое "момент резонанса" в данном контексте?

 

Угадать какая величина демпфирования очень технологически не просто

Для стали 2-3%.

Поэтому забивают на напряжения, и ориентируются на собственные частоты

Есть конструкции, которые в процессе включения проходят резонанс или, хуже того, работают на резонансе (в целях энергоэффективности).

В Вашем тексте как-то не всплыл Гармонический анализ, а мог бы.

 

@@mittka, в модальном анализе ни перемещения, ни напряжения(их амплитуды) не рассчитываются и не могут быть рассчитаны, только формы.

[Борман 2 375]

советы начинающим? 

Давай вверни чонето туда еще..

[AlexKaz 1 822]

AlexKaz сказал(а) 26 Янв 2016 - 18:31: Угадать какая величина демпфирования очень технологически не просто Для стали 2-3%.

Для отдельно взятой детали не проблема, но и там надо полагать будут чудеса со статистической выборкой и осреднением, металл в целом неоднородный по срезу. А как дела обстоят для узла или целого изделия?

 

 

Есть конструкции, которые в процессе включения проходят резонанс или, хуже того, работают на резонансе (в целях энергоэффективности).

Всякие турбины включая движки самолётов. Или механические гасители колебаний

 

 

В Вашем тексте как-то не всплыл Гармонический анализ, а мог бы.

О, с гармоническим анализом у меня вообще всё плохо В том плане, что использую аппарат не по назначению. Колебания стараюсь преобразовывать в ускорения, ими нагружаю детальку, получаю деформации и строю кривую малоцикловой усталости. Т.е. перехожу к задаче статики, а в ней константы демпфирования не нужны Погрешность кривой +- один порядок. Здорово если реальные параметры изделия сузят область.

Изменено 27 января 2016 пользователем AlexKaz

[mittka 0]

soklakov, Спасибо за ваш ответ.

 

 

Не получается. А Вы читали советы начинающим? 

Как раз вчера, прежде чем создавать тему. Материал понравился, но ничего принципиально нового я не узнал.

 

Правильно. Точнее, это может быть правильным, если мы одинаково понимаем этот текст.

К примеру, что такое "момент резонанса" в данном контексте?

Под резонансом я подразумеваю такую частоту вращения двигателя, которая совпадет с одной из собственных частот валопровода. Слово "момент" в данном случае фигуральное.

 

@@mittka, в модальном анализе ни перемещения, ни напряжения(их амплитуды) не рассчитываются и не могут быть рассчитаны, только формы.

Я понимаю, из модального анализа я получаю только сами частоты и формы колебаний. Напряжения и перемещения я пытаюсь определить в последующем расчете Transient Structural.

Изменено 27 января 2016 пользователем mittka

[soklakov 1 475]

Напряжения и перемещения я пытаюсь определить в последующем расчете Transient Structural.

Может стоит начать с Harmonic Response?

Под резонансом я подразумеваю такую частоту вращения двигателя, которая совпадет с одной из собственных частот валопровода.

И чем это не роторная динамика? Диаграмма Кэмпбелла и т.д.

 

С идеей прикладывать в Transient моменты от цилиндров к торцам шатунных шеек в зависимости от частоты вращения коленчатого вала через Tabular Data.

Transient - это во времени. Вы можете задать зависимость приложенного момента от времени. Может задать угловую скорость вращения вала от времени. Можете замутить обратную связь на момент, чтобы в процессе раскрутки момент изменялся, ориентируясь на текущую скорость вращения. Но озвучиваемое Вами не очень вяжется с transient расчетом.

 

И таким образом получить распределение напряжений в материале в зависимости от частоты вращения КВ

Это больше похоже на результат гармонического расчета. Именно там строятся АЧХ.

[mittka 0]

Может задать угловую скорость вращения вала от времени. Можете замутить обратную связь на момент, чтобы в процессе раскрутки момент изменялся, ориентируясь на текущую скорость вращения. Но озвучиваемое Вами не очень вяжется с transient расчетом.

Об этом я и говорю. Суть в том, что в таком расчете в Transient Structural нет возможности задать скорость вращения, как таковую. И тем более сделать ее меняющейся по шагам.

 

Может стоит начать с Harmonic Response?

Нагружение, которое имеет место быть в этой схеме не гармонического характера.

[soklakov 1 475]

Суть в том, что в таком расчете в Transient Structural нет возможности задать скорость вращения, как таковую.

В каком - таком? Методом суперпозиции? Так решайте полный.

 

П.С. Задача толком не была озвучена, так что, что Вам действительно стоит делать я, конечно, не знаю. Но я бы рекомендовал вместо заполнения Tabular Data сосредоточиться на формализации задачи.

[mittka 0]

В каком - таком? Методом суперпозиции? Так решайте полный.

Не до конца понимаю, что вы имеете в виду, говоря о "полном расчете".

Я считал отдельно Transient Structural никак не связывая его с модальным анализом и получил результаты. Сейчас пытаюсь посчитать Transient Structural, учитывая в Initial Conditions результаты модального расчета.

Глобальный вопрос в том, каким образом в Ансисе можно выцепить явление резонанса, чтобы в результате расчета увидеть действительно резонансные напряжения и перемещения?

П.С. Задача толком не была озвучена, так что, что Вам действительно стоит делать я, конечно, не знаю. Но я бы рекомендовал вместо заполнения Tabular Data сосредоточиться на формализации задачи.

Я провел модальный анализ валопровода судовой установки. Получил собственные частоты и формы колебаний, в частности крутильных.

Далее перемещаю полученные результаты в расчет Transient Structural. В нем я задаю рассчитанные значения моментов, действующих на каждую отдельную шатунную шейку.

Задаю пока по условным 6 шагам. Моменты задаются относительно частоты вращения двигателя. 500-1500 об/мин с шагом в 200 об/мин. И так свои значения для каждой шатунной шейки при определенной частоте.

Проблема в том, что в данном расчете отсутствует возможность задать Rotational Velocity, которая бы изменялась по шагам.

Вообще задача моя в том, чтобы определить напряжения в материале вала в случае резонанса.

Может быть я что-то принципиально делаю не так из-за недостатка теоретических навыков, буду рад услышать любую критику и совет.

[soklakov 1 475]

Не до конца понимаю, что вы имеете в виду, говоря о "полном расчете".

Это который не метод суперпозиции. Там выше были ссылки на курс по динамике. Там неплохо описано это. С отсутствие регистрации... сочувствую, но помочь помогу только за дорого .

Сейчас пытаюсь посчитать Transient Structural, учитывая в Initial Conditions результаты модального расчета.

Вы заблуждаетесь. Это НЕ "учет модального анализа", а решение методом суперпозиции форм.

В нем я задаю рассчитанные значения моментов, действующих на каждую отдельную шатунную шейку.

Что за моменты? Чем вызваны? Куда приложены(на рисунке не видно)? Как рассчитаны? Что собой символизируют?

Задаю пока по условным 6 шагам.

Какие еще шаги? Это шаги по времени. Подразумевают изменение величины во времени. И тогда совсем становится непонятным о чем речь дальше:

 

Моменты задаются относительно частоты вращения двигателя.

 

500-1500 об/мин с шагом в 200 об/мин.

При чем здесь transient?

 

Вообще задача моя в том, чтобы определить напряжения в материале вала в случае резонанса.

Вводится дисбаланс, считается гармонический расчет. Для роторной конструкции, работающей на резонансе, это будет то, что нужно.

Если же конструкция лишь проходит резонанс, то такая оценка может оказаться слишком консервативной. Если результаты гармонического расчета будут диктовать изменение параметров геометрии, а этого очень не захочется делать, то только тогда имеет смысл говорить о более точном transient анализе процесса перехода резонансной частоты.

 

Вообще, коленвал в частности и ДВС в целом один из популярнейших объектов для расчета. Вас не снабдили методикой и перечнем необходимых расчетов?

Отчего Вам приходится придумывать идеи?

[mittka 0]

Что за моменты? Чем вызваны? Куда приложены(на рисунке не видно)? Как рассчитаны? Что собой символизируют?

Какие еще шаги? Это шаги по времени. Подразумевают изменение величины во времени. И тогда совсем становится непонятным о чем речь дальше:

При чем здесь transient?

Моменты вызваны процессом сгорания в цилиндре ДВС. Исходя из индикаторных диаграмм, полученных при разной частоте вращения, находится диаграмма изменения момента внутри одного цикла на конкретной частоте. Отсюда я беру максимальный момент за цикл и таким образом поступаю для условно 6-ти точек. Получаю 6 точек в диапазоне рабочих частот. 500-1500 об/мин с шагом в 200 об/мин. Просто задаю эти частоты вращения по времени от 0 до 5 с и точно так же задаю моменты для каждой шейки, таким образом связывая конкретную частоту вращения двигателя и максимальный момент, действующий на шейку при этой частоте.

 

Вводится дисбаланс, считается гармонический расчет. Для роторной конструкции, работающей на резонансе, это будет то, что нужно.

Если же конструкция лишь проходит резонанс, то такая оценка может оказаться слишком консервативной. Если результаты гармонического расчета будут диктовать изменение параметров геометрии, а этого очень не захочется делать, то только тогда имеет смысл говорить о более точном transient анализе процесса перехода резонансной частоты.

 

Вообще, коленвал в частности и ДВС в целом один из популярнейших объектов для расчета. Вас не снабдили методикой и перечнем необходимых расчетов?

Отчего Вам приходится придумывать идеи?

Двигатель точно не работает на резонансе, но наверняка проходит его при выходе на рабочий режим.

Меня не снабдили, потому что я сам по себе. Разбираюсь попутно. 

[Борман 2 375]

Не смог осилить полет мысли внутри шмеля....

 

А как выглядит резонанс такой штуки и что к нему приводит ?

 

PS. Только не надо говорить, что одна частота совпадает с другой. Это определение.

[soklakov 1 475]

Исходя из индикаторных диаграмм, полученных при разной частоте вращения, находится диаграмма изменения момента внутри одного цикла на конкретной частоте.

Есть предположение, что Вы неверно трактуете диаграммы.

Моменты вызваны процессом сгорания в цилиндре ДВС.

Сгорание топлива толкает поршень. Поршень толкает шатун. Шатун толкает коленвал (кривошип). На кривошипе получается крутящий момент.

Я напоминаю терминологию ТММ, чтобы было проще вспомнить, что в шарнире нет момента. Момент получается от силы на плече до оси коленвала.

 

Меня не снабдили, потому что я сам по себе. Разбираюсь попутно. 

Стоит иметь в виду, что для такого устройства усталость в условиях нормальной эксплуатации куда больше решает, чем все эти переходы через резонанс.

 

Просто задаю эти частоты вращения по времени от 0 до 5 с и точно так же задаю моменты для каждой шейки, таким образом связывая конкретную частоту вращения двигателя и максимальный момент, действующий на шейку при этой частоте.

"Просто" - плохое слово. С таким же успехом Вы можете задать эти числа в первую колонку Экселя, а во второй использовать генератор случайных чисел для получения напряжений.

Определяйтесь, какие уравнения собираетесь считать.