Перейти к публикации

Резонанс тонкого стержня в потоке жидкости


Guterfreund

Рекомендованные сообщения

Ребята, привет!

 

Имеется следующая задача: в объеме жидкости (условно бассейн) расположена стальная конструкция, приводимая в действие через тонкий длинный вал. На дне бассейна расположен насос, который подает жидкость в бассейн со скоростью до 4-5 м/с (диаметр патрубка 1.5 - 2 метра), объем бассейна около 300 кубов, геометрия сложная. Верх бассейна сообщается с атмосферой, переток осуществляется самотеком через край бассейна.

 

В работе стальной конструкции возникли проблемы в таком режиме. Анализ CFX показал, что при такой подаче вся среда (жидкость) крайне возмущена. В расчете стальной конструкции учитывались гидродинамические давления, которые превышают, определенные в анализе CFX. Однако, не был проведен анализ на возможный резонанс стального вала.

 

Вопрос: возможен ли, принципиально, резонанс вала при установившейся подаче (без пульсации среды) через патрубок? Если такой резонанс возможен, как, в общих словах, можно оценить такой резонанс численно? Я так понимаю, это будут нестационарные расчеты?

 

Спасибо!

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах


1 час назад, Guterfreund сказал:

Вопрос: возможен ли, принципиально, резонанс вала при установившейся подаче (без пульсации среды) через патрубок? Если такой резонанс возможен, как, в общих словах, можно оценить такой резонанс численно? Я так понимаю, это будут нестационарные расчеты?

если железку сунуть в воду, то ее СЧ изменятся. и это - гармонические расчеты. а потоком среды можно и пренебречь, дабы сложнее Гельмгольца никого не звать.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
51 минуту назад, soklakov сказал:

если железку сунуть в воду, то ее СЧ изменятся. и это - гармонические расчеты. а потоком среды можно и пренебречь, дабы сложнее Гельмгольца никого не звать.

Ну если говорить про резонанс, то он актуален при наличии внешнего возбуждения. Меня интересует вопрос: при отсутствии прочих внешних возбуждений кроме движения потока жидкости при непульсирующей подаче может ли начать каким-то образом резонировать стержень?

 

Хотя, вот, наверное, и нарисовался ответ. Можно ли рассматривать подачу насосом в качестве установившегося непульсирующего потока? Наверное нет!

 

И порядок решения, наверное такой: определиться с законом изменения подачи, решить нестационарную гидравлическую задачу, проимпортировать поля давлений на конструкцию, найти отклик стальной конструкции. Отклик стальной конструкции при таких вводных только в переходном структурном или гармонический как-то можно подцепить?

 

Спасибо!

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
19 минут назад, Guterfreund сказал:

решить нестационарную гидравлическую задачу, проимпортировать поля давлений на конструкцию,

Это вода. Скорость звука несколько тысяч метров в секунду. Можете вообще ее не рассматривать. Просто приложите давление с нужной частотой. Если резонанс в области НЧ, то вообще можно особо не париться с водой.

Так или иначе по частоте можно понять что за причина возбуждения.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
21 минуту назад, Guterfreund сказал:

Меня интересует вопрос: при отсутствии прочих внешних возбуждений кроме движения потока жидкости при непульсирующей подаче может ли начать каким-то образом резонировать стержень?

легко. поток на входе не пульсирует, но обтекая препятствия - начинает пульсировать.

22 минуты назад, Guterfreund сказал:

Можно ли рассматривать подачу насосом в качестве установившегося непульсирующего потока?

если знаете частоту пульсации потока (например, насос поршневой), то СЧ вала просто не должна с ней совпасть. здесь или стоит учесть присоединенную массу воды или можно пренебречь, в зависимости от жесткости вала.

если же насос качает все-таки равномерно, то см. выше - пульсация может возникнуть при обтекании. частота пульсации тогда определяется по габаритам через число Струхаля, либо полноценным CFD-нестационаром. и снова - она просто не должна совпасть с СЧ вала.

6 минут назад, Борман сказал:

Скорость звука несколько тысяч метров в секунду.

полторы. и неизвестны габариты. может там на длину вала несколько длин волн)) вряд ли конечно.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 часа назад, Guterfreund сказал:

В работе стальной конструкции возникли проблемы в таком режиме.

А вы учитываете болтанку рабочего колеса, вызванную давлением жидкости на лопатки, если оно скажем центробежное ? А если колесо центробежное,   равномерно оно работать не будет.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 часа назад, Guterfreund сказал:

В работе стальной конструкции возникли проблемы в таком режиме

какие проблемы?

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

При обтекании скорее всего образуется вихревая дорожка, вот такая

Vortex-street-animation.gif

но против нее можно принять меры - навить интерцепторы и колебания уменьшатся.

404px-Proserpine_Mill_-_January_2012.jpg

По идее можно посчитать в CFD, что Вы уже сделали а потом в МКЭ найти собственную частоту патрубка с учетом присоединенной массы жидкости (для этого есть специальные инструменты), если они близки, то будет резонанс. Возможно присоединенная масса жидкости будет не нужна, надо сравнивать. Динамику корпуса судна считают всегда с учетом воды - находят "мокрые формы".

2577.pdf

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
46 minutes ago, Jesse said:

какие проблемы?

Пссc... 



Capture.PNG.367bd531aeab26782e28bbfdbea8fc8c.PNG

20 minutes ago, karachun said:

навить интерцепторы и колебания уменьшатся.

Только есть риск, что тогда "тонкий вал" превратиться в "тонкий длинный гребной винт")

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
24 минуты назад, piden сказал:

Только есть риск, что тогда "тонкий вал" превратиться в "тонкий длинный гребной винт")

Мда, быстро читал и упустил момент что это вал, я думал что это труба. Тогда можно менять массу и жесткость чтобы уйти от резонанса.

Еще можно закрыть вал в кожух большего диаметра -> частота вихрей уменьшится. Число Струхаля для цилиндра Sh=f*d/V в большом диапазоне Re практически не меняется. И вибрация перейдет на кожух.

s_fct_re.gif

Изменено пользователем karachun
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 часа назад, soklakov сказал:

если железку сунуть в воду, то ее СЧ изменятся

а почему кстати меняются? до этого тема была что преднапряжение (сжатие) уменьшает собств. частоты. Вряд бассейн супер глубокий с большой гидростатикой так, чтоб вал сильно сжался...
с другой стороны есть вода, которое создаёт доп. демпфирование.. Но по идее оно влияет только на свободные колебания твёрдого тела, а на деформации не очень.. или очень?)

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
15 минут назад, karachun сказал:

Число Струхаля для цилиндра Sh=f*d/V в большом диапазоне Re практически не меняется.

я конструкцию не знаю, но что если поток не поперек вала, а вдоль, или даже лучше под углом.

1 минуту назад, Jesse сказал:

а почему кстати меняются?

зачем - любимый вопрос.

почему - ненавистный.

3 минуты назад, Jesse сказал:

Но по идее оно влияет только на свободные колебания твёрдого тела

а собственные частоты - это про что?

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
8 минут назад, Jesse сказал:

а почему кстати меняются?

Присоединенная масса жидкости. Вода тоже колеблется вместе с конструкцией. Получается уже не только сама пластинка а система структура+некоторый объем окуружающей воды.

Вот тут сухая стальная пластина 1000х200х5 мм имеет первую СЧ ~4 Гц, а полностью погруженная в воду ~2 Гц.

2577.pdf

На Википедии даже статья есть.

https://en.wikipedia.org/wiki/Added_mass

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
29 минут назад, karachun сказал:

Присоединенная масса жидкости. Вода тоже колеблется вместе с конструкцией. Получается уже не только сама пластинка а система структура+некоторый объем окуружающей воды.

аа-а! другой базар.
в pdf-ке правда идеальная жидкость.. с учётом вязкости наверно вообще сложная модель получилась бы.. да и не решает это дело особо.. если у нас тёпленькая водичка:smile:

Изменено пользователем Jesse
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
39 минут назад, Jesse сказал:

с учётом вязкости

Это все в рамках малых перемещений, вязкость не влияет, влияет только плотность. В той статье не только МКЭ, там еще идет сравнение с экспериментом и получается достаточно неплохо.

Microsoft-Edge.png

Вообще и присоединенная масса воздуха тоже влияет, но настолько незначительно что ее можно игнорировать.

Если малых перемещений не достаточно то можно сделать 2-way-FSI и там учесть и вязкость и вихри и много чего еще, но тяжко все это.

https://www.youtube.com/watch?v=fFb24c8Y9Q8

https://www.youtube.com/watch?v=f5dXR0pmQvg

https://www.youtube.com/watch?v=mt2wv5P5zaY

39 минут назад, Jesse сказал:

да и не решает это дело особо..

90% вопросов закрываются присоединенной массой, для динамики однокорпусного судна этого достаточно, еще 8% решаются бассейном с аккустическими элементами - это если считают катамаран с двумя корпусами - они могут влиять друг на друга через воду - получаются совместные формы, и 2% это FSI и поиски научной новизны.

Изменено пользователем karachun
Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 минуты назад, soklakov сказал:

attention please!

Ну и еще расстояние до свободной поверхности - если положить лист плашмя, параллельно зеркалу жидкости, так чтобы сверху был только один миллиметр этой самой жидкости - то результат будет один, а если погрузить пластину перпендикулярно свободной поверхности - то другой.

Посчитал модельку из статьи у себя - по эксперименту получается 3,84 и 1,78 Гц для сухой и мокрой (полностью погруженной) пластины, а в МКЭ вышло 3,94 и 1,83 соответственно. Довольно таки неплохо.

P.S. в другой теме тот-кого-нельзя-называть пытался меня убедить что этого быть не может так как у пластины не меняется масса и жесткость и частоты должны быть одинаковы.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
5 минут назад, karachun сказал:

и 1,83 соответственно.

мокрая как считалась?

с присоединенными массами неинтересно.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

@soklakov По простому - регион с присоединенной массой. Городить бассейн аккустических элементов дольше и я уже успел забыть какие кнопки нужно для этого бассейна жать и как правильно задавать для него ГУ.

Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Присоединяйтесь к обсуждению

Вы можете опубликовать сообщение сейчас, а зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, войдите в него для написания от своего имени.
Примечание: вашему сообщению потребуется утверждение модератора, прежде чем оно станет доступным.

Гость
Ответить в тему...

×   Вставлено в виде отформатированного текста.   Вставить в виде обычного текста

  Разрешено не более 75 эмодзи.

×   Ваша ссылка была автоматически встроена.   Отобразить как ссылку

×   Ваш предыдущий контент был восстановлен.   Очистить редактор

×   Вы не можете вставить изображения напрямую. Загрузите или вставьте изображения по ссылке.

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.




  • Сообщения

    • Авенир
      Имеются чертежи комнат (помещений) - 16 штук, строящегося здания. Нужно оформить эти чертежи по стандарту DIN. Нам необходимо отправить чертежи иностранной компании, а они не принимают в российском формате. Есть кто-то, кто может помочь в этом вопросе? 1
    • gudstartup
      @Igor Lipin у релюшек контакты почистите и проверьте блокировку замка раб зоны может проводочек от замка отсох но не совсем если кабель подвижен или сам замочек поистерся. вот телеграммы и не доходят до привода
    • KsunReh
      Странно, раньше ИНТОС поставлял их... По поводу выдержит или нет:   1) Усилие гидроцилиндра одна из его рабочих характеристик. Прикиньте грубо какое давление в полости будет действовать на знак (с помощью симуляции или по формулам) и сопоставьте с паспортным усилием г/ц 2) У ТПА (литьевой машины) обычно есть функция удержания давления на ввод гидрознаков во время впрыска. Если этой функции нет или она отключена в меню, то пункт №1 частично теряет смысл. 3) На гидроцилиндр можно поставить гидрозамок. Стоимость вопроса - 5 - 20 т.р. за 1 цилиндр. Гидрозамок увеличивает усилие отжима штока цилиндра и делает его независимым от пункта №2   По вашему случаю картинка у вас маленькая, непонятна конструкция + какое сырье, например льете ли вы ПК или ПП от этого зависит давление в форме...     
    • Авенир
    • andref
      Попробуйте  если заменить реле проблематично, хотя бы поменять их местами (может другая ошибка появится )
    • Orchestra2603
      Была такая проблема у нас. Стол вибростенда бился об ограничитель. Но тогда это было ждя внутренних целей, так что мы сильно не заморчивались - все всё прекрасно понимали.   Но вообще можно по-разному попробовать выкрутиться.   1. Специально для испытаний в низкочастотной области можно присобачить между стендом и изделием какую-то "мягкую" подвеску. Тогда между стендом и изделием булет промежуточная простейшая система с своей АЧХ. Можно подобрать такую жесткость подвески, чтобы как раз в области низких частот был первый резонанс, и тогда при небольшом ходе стола можно получить бОльшую амплитудлу перемещения на самом изделии относительно стенда, ну и соответственно и ускорения будут также кратно выше. Можно поставить на изделие дополнительный акселерометр, чтобы знать точно там амплитуду ускорения. Очень похоже на задачу подбора параметров всяких виброгасителей, только в обратную сторону ))) Насколько это удобно и практично - это конечно вопрос открытый. Если можно было бы посмотреть на изделие и на стенд, может, че-нить придумали бы вместе.   2. Можно просто в МКЭ посчитать гармонический анализ, подогнать демпфирование и скорректировать жесткости/массы, чтобы для более высоких частот все хорошо ложилось. Тогда заказчику можно будет сказать, что это очень сложная задача поставить эксперимент для таких частот, но есть надежные расчетные модели, которые показывают хорошее совпадение с экспериментом на более высоких частотах (показываем графики), и они позволяют надежно предсказать результаты таких испытаний в низкочастотной области. Тут, кончено зависит то того, как это правильно преподнести заказчику. Нужна харизма определенная :)   3. Можно вообще придумать что-то типа маятника, и подвесить туда изделие. Варьируя высоту подвеса, можно менять частоту колебаний.  Амплитуду можно варьировать меняя начальное отклонение, причем можно сделать ее довольно большой (только отклонения должны быть маленькими, чтобы не проявлялась сильно нелинейность восстанавливющего момента). Вот такое я делал для калибровочных целей, был довольно забавный самопал конечно ))             Хз... можно внести искажения в АЧХ изделия. Надо осторожно
    • Igor Lipin
      Извиняюсь, да такой модуль есть. Я предположил он установлен в самом приводе  https://postimg.cc/gallery/cJHmJHg
    • Пронин
      Нашел только в RMPGroup, цена 1625  Евро/шт., а надо 2. У Интос нету и не будет, звонил  им. А подскажите спецы, я с ГЦ раньше не сталкивался, если ставить обычные ГЦ не выдержит, назад пойдет, у меня знак оформляющий ступенькой ф 3,2 (длина3,5)хф5,2 (длина 4мм) в неподвижке, на него усилие при литье небольшое. Или надо обязательно подпирать. 
    • ANT0N1DZE
      Я бы вполне смог посчитать форму профиля. У вас есть схема механизма нужного? Еще нужны параметры пружины силовые. 
    • gudstartup
      так было написано
×
×
  • Создать...