Диаграмма Кэмпбелла

[clon6 2]

Здравствуйте уважаемые коллеги,

 

 

Провел расчет собственных частот(первые 10) колебаний лопатки в MSC Nastran for Windows (пре\пост- процессор Femap).

Стоит задача - построить диаграмму Кэмпбелла. В интернете и подвернувшейся литературе конкретной инфы по методу построения этой диаграммы не нашел. Если кто знает - подскажите пжалста как ее построить на основе полученных собственных частот "в ручную"  и,возможно, сам Femap может строить диаграмму Кэмпбелла?

 

Буду очень благодарен, Олег

 

[soklakov 1 476]

Для построения диаграммы Кэмпбэлла нужно несколько расчетов на собственные частоты. При чем расчеты должны быть pre-stress, то есть преднагруженные скоростью вращения.

За конкретные кнопки в Nastran не скажу, но логика следующая:

берете одну скорость вращения, проводите статический расчет, на нем строите модальный, получаете собственные частоты, допустим 6. Берете график, абсциссы - скорость вращения(об/мин), ординаты - частота(Гц), отмечате на нем шесть точек. Они все будут на одной вертикали, поскольку соответствуют одной скорости вращения.

берете следующу скорость - получаете еще шесть точек. и так сколько угодно, пока не будете довольны. Последовательно соединяете точки, соответствующие одинаковым формам. Получаете несколько линий.

Строите прямую под 45град (если обе оси сделать в Гц), она пересекает ранее полученные линии на критических скоростях вращения, на них вероятен резонанс.

[Борман 2 380]

Для построения диаграммы Кэмпбэлла нужно несколько расчетов на собственные частоты. При чем расчеты должны быть pre-stress, то есть преднагруженные скоростью вращения. За конкретные кнопки в Nastran не скажу, но логика следующая: берете одну скорость вращения, проводите статический расчет, на нем строите модальный, получаете собственные частоты, допустим 6. Берете график, абсциссы - скорость вращения(об/мин), ординаты - частота(Гц), отмечате на нем шесть точек. Они все будут на одной вертикали, поскольку соответствуют одной скорости вращения. берете следующу скорость - получаете еще шесть точек. и так сколько угодно, пока не будете довольны. Последовательно соединяете точки, соответствующие одинаковым формам. Получаете несколько линий. Строите прямую под 45град (если обе оси сделать в Гц), она пересекает ранее полученные линии на критических скоростях вращения, на них вероятен резонанс.

Сразу видно, что вы никогда не строили Диаграмму Кэмпбелла.

 

 

 

Если кто знает - подскажите пжалста как ее построить на основе полученных собственных частот "в ручную"  и,возможно, сам Femap может строить диаграмму Кэмпбелла?

Частоты нужно извлекать определенным образом. Это не классический modal-prestress анализ. Делая обычный частотный анализ вы не получите такие "вилки", которые выходят из оси Y. 

[a_schelyaev 367]

Борман, раскрывай тему!

[Борман 2 380]

Не очень понимаю, что из себя представляет диаграмма Кэмпбелла (ДК) для лопатки. Наверное аффтар просто хочет построить зависимость собственной частоты колебаний лопатки от скорости вращения.

 

Борман, раскрывай тему!

Давно это было. Половину забыл.

 

Речь о ДК ведут когда говорят о турбомашинах, о колебаниях валов. Если вал крутится в одном направлении, то его изогнутая (деформированная) ось может крутиться как в прямом так и в противоположном направлении

Это называется прямая и обратная прецессии. Именно по-этому пара кривых, сходящихся в нуле, одна вверх, другая вниз. При таком прецессионном движении начинают учитывать момент (сил) который возникает, когда колесо вместе с валом прецессиирует. Этот момент называют гироскопическим. При прямой прецессии этот момент препятствует потери устойчивости вращения вала. Опасным является гироскопический момент при обратной прецессии, который тянет вал наружу - способствует потере усточивости. 

 

Прямая (с графика ув. soklakov), пересекая вилку, и показывает опасные скорости вращения, соответствующие прямой и обратной прецессии. Поскольку в обычном гармоническим анализе этот гироскопический момент не учитывается, зависимость частота-скорость (построенная "по обычному" ) будет лежать внутри этой вилки.

 

Фишка в том, чтобы заставить решатель учесть этот эффект. Это должно быть в нем зашито. И в Ансис и в Настран это есть... сам видел и пользовался и тут и там. В Ансисе интереснее. Про Настран уже ничего не помню... Надо искать в его ХЕЛПе слово "gyroscopic". Другой вопрос - нужно ли оно аффтару.

[flow 2]

Раз речь идёт про лопатку, то посмотрите пример в прикреплённой статье (стр.25-26).

smgte_ru.pdf

[soklakov 1 476]

Это называется прямая и обратная прецессии.

Тогда уж рассказывайте и про нутацию.

[soklakov 1 476]

Не очень понимаю, что из себя представляет диаграмма Кэмпбелла (ДК) для лопатки.

 

Может быть, что-то такое:

берем лопатку

строим диаграмму

К примеру, на скорости вращения 6e4 рад/с (лопатка не только кривая, но еще и с неестественными размерами) резонирует вторая форма

Зачем это нужно? А просто так, чтобы конструкцию лучше понимать. И рабочие режимы на критических скоростях не устраивать.

[Борман 2 380]

Да я просто говорю о том, что когда говорят о ДК подразумевают не простую зависимость собственной частоты от оборотов, а нечто другое, чуждое разуму явление.

[clon6 2]

Коллеги спасибо за участие!

 

Уточню условия  своей задачи: расчетная лопатка НЕ вращается - она служит элементом защиты двигателя. Т.е. можно сказать что рассчитываемая лопатка явяляется элементом защитного кожуха двигателя.

Соответственно влияние центробежных сил и прочее не учитывал - провел простой анализ Normal Modes/Eigenvalue (в MSC\Nastran for Windows) в результате которго получил первые 10 собственных частот(263Гц,426Гц,668Гц...и т.д.) и соответствующие им формы колебаний.

Соответственно для постоения диаграммы Кэмпбелла,для примера, на оси ординат (ось Y) создаю точки соответствующие рассчитанным 10 собств. частотам, а по оси абcцисс (ось X) какие точки создавать не совсем понятно? Может какие то эмпирические точки соотв. частоте вращения двигателя (элементом защитного кожуха которго является расчетная лопатка) 100Гц, 200Гц и т.п?

П.С.Несколько лет назад была подобная работа только диаграмму КЭ строил не я. Человек который ее строил на базе рассчитаных мною первых 10 частот использовал в описании диаграммы слово гармоники, может это то что откладывается по оси Х?

[Борман 2 380]

какие точки создавать не совсем понятно? Может какие то эмпирические точки соотв. частоте вращения двигателя (элементом защитного кожуха которго является расчетная лопатка) 100Гц, 200Гц и т.п?

Думаю, по десяти точкам найденным можно рожицу нарисовать, а вот ДК не удастся. Либо вам нужна не ДК, а нечто другое.

[clon6 2]

Уважаемый борман не сочтите за наглость, но я Вас очень прошу не пишите пжалста. Не сбивайте с конструктивной мысли, поскольку дело надо сделать. Надеюсь Вы меня правильно поняли и не обиделись.

[soklakov 1 476]

Уважаемый, @@clon6,  @@Борман дело пишет. И подводит Вас к мысли, что Вы не понимаете свою задачу. И уж тем более ее не понимаем мы. И гораздо полезнее уделить время разбору задания, чем пытаться случайным образом соединить точки, чтобы получить диаграмму Кэмпбэлла, которая еще не факт, что нужна.

[clon6 2]

Задание я расписал исчерпывающе... Диаграмма Кэмпбелла строиться не только для вращающихся лопаток и т.п. а так же для элементов защитного кожуха двигателя, которые просто стационарно защищают двигатель, но при этом вибрации двигателя могут вызвать резонанс его обшивки. Диаграмма Кэмпбелла как я понял строиться для того что бы, (как правильно тут писал 

soklakov)

не выбрать рабочий режим двигателя близкий к  резонансному.  Ребят нужен совет знающего человека поймите меня правильно За ранее спасибо!

[soklakov 1 476]

Вот и прозвучала задача:

для того что бы, не выбрать рабочий режим двигателя близкий к  резонансному.

 

А тогда никакая диаграмма Кэмпбэлла Вам не нужна. Просто собственные частоты статора или его частей не должны совпадать с рабочей частотой вращения вала. Как правило, закладывают расстояние 10% по частоте, если ближе, то приходится выполнять гармонический расчет.

Но Вас все смущает, что Вы помните, как Ваш коллега с красными глазами повторял "Диаграмма Кэмпбэлла". Это вовсе не значит, что это имеет к Вашей задаче отношение. А может имеет, и Вы все-таки не исчерпывающе расписали задачу. Построить ДК - это не задача, это средство.

[Борман 2 380]

Как правило, закладывают расстояние 10% по частоте

Кстати, вероятно, нужно смотреть не только перечесение с прямой y=x. Три работы назад сталкивался с подобной задачей... рассматривал лопатку турбины. Так там на направляющем аппарате было 15 неподвижных направляющих лопаток. Там смотрели еще y=15x

[soklakov 1 476]

Так там на направляющем аппарате было 15 неподвижных направляющих лопаток. Там смотрели еще y=15x

Можно пофантазировать и придумать постановку, в которой это важно.

y=x предполагает, что у ротора есть дисбаланс. по-другому, собственно, и не бывает.  отсюда и берется частота вращения как воздействие.

можно представить себе какой-нибудь выступ на статоре, проходя мимо которого, лопатка делает что-то вроде микрохлопка. это воздействие, очевидно, будет с частотой 15х.

[clon6 2]

Вот и прозвучала задача:

 

 

для того что бы, не выбрать рабочий режим двигателя близкий к  резонансному.

 

А тогда никакая диаграмма Кэмпбэлла Вам не нужна. Просто собственные частоты статора или его частей не должны совпадать с рабочей частотой вращения вала. Как правило, закладывают расстояние 10% по частоте, если ближе, то приходится выполнять гармонический расчет.

Но Вас все смущает, что Вы помните, как Ваш коллега с красными глазами повторял "Диаграмма Кэмпбэлла". Это вовсе не значит, что это имеет к Вашей задаче отношение. А может имеет, и Вы все-таки не исчерпывающе расписали задачу. Построить ДК - это не задача, это средство.

 

Мне то же казалось что достаточно просто вычислить собств.  частоты НЕПОДВИЖНОЙ лопатки и убедиться что частота двигателя не совпадает (с запасом) ни с одной из частот. Но это не так. Во первых в ТЗ у меня четко написано-построить диаграмму К-а,  а во вторых вспоминая предыдущую работу по расчету панели шумоглушения движка ... там однозначно были выданы собств. частоты и формы и на их основе построена ДК и кстати про 10% что то вспоминается и про гармоники.  Отчет с той ДК давно прошел все согласования  и деталь давно успешно функционирует так что в плане ДК там все нормально должно быть.  Возможно что -то упускаю попробую поискать тот старый отчет. 

 

Но в принципе это все не важно. Задачу описал достаточно но повторюсь еще раз, т.е. дана некая панель(пусть в виде лопатки) являющаяся элементом защитного (или не важно чего)  кожуха двигателя (про обороты двиг. инфы изначально нет). Заданы граничные условия и материал. Поскольку двигатель работает с некой частотой, то важно чтоб элементы обшивки с ним по частотам не совпадали. Соответственно посчитаны первые 10 соб. частот панели. Обороты двигателя как правило такие что по частота движка  выше 1-й собств. частоты панели, т.е есть вероятность резонанса. Так вот, получается что строить ДК для данной задачи требование абсурдное и достаточно что бы просто частоты не совпадали(с неким запасом)? И никакой ДК тут в принципе не строиться?

Спасибо.

 

Извините некорректно вставилось сообщение поэтому для удобства продублирую:

 

Мне то же казалось что достаточно просто вычислить собств.  частоты НЕПОДВИЖНОЙ лопатки и убедиться что частота двигателя не совпадает (с запасом) ни с одной из частот. Но это не так. Во первых в ТЗ у меня четко написано-построить диаграмму К-а,  а во вторых вспоминая предыдущую работу по расчету панели шумоглушения движка ... там однозначно были выданы собств. частоты и формы и на их основе построена ДК и кстати про 10% что то вспоминается и про гармоники.  Отчет с той ДК давно прошел все согласования  и деталь давно успешно функционирует так что в плане ДК там все нормально должно быть.  Возможно что -то упускаю попробую поискать тот старый отчет. 

 

Но в принципе это все не важно. Задачу описал достаточно но повторюсь еще раз, т.е. дана некая панель(пусть в виде лопатки) являющаяся элементом защитного (или не важно чего)  кожуха двигателя (про обороты двиг. инфы изначально нет). Заданы граничные условия и материал. Поскольку двигатель работает с некой частотой, то важно чтоб элементы обшивки с ним по частотам не совпадали. Соответственно посчитаны первые 10 соб. частот панели. Обороты двигателя как правило такие что по частота движка  выше 1-й собств. частоты панели, т.е есть вероятность резонанса. Так вот, получается что строить ДК для данной задачи требование абсурдное и достаточно что бы просто частоты не совпадали(с неким запасом)? И никакой ДК тут в принципе не строиться?

Спасибо.

[Fedor 1 602]

"теории колебаний вращающихся дисков, предложенной Кэмпбеллом" - http://symposium.forest.ru/article/2012/4_equipment/pdf/Vlasov.pdf вроде вращение обязательно для таких дел...

[soklakov 1 476]

Так вот, получается что строить ДК для данной задачи требование абсурдное и достаточно что бы просто частоты не совпадали(с неким запасом)?

Получается. А то, что где-то когда-то похожий отчет был с ДК и был принят... да мало ли кто принимал. А может он только похож был, но там были свои нюансы.

Во первых в ТЗ у меня четко написано-построить диаграмму К-а

Может оказаться, что в прошлый раз это тоже было в ТЗ по ошибке. И что-нибудь даже построили или сделали вид.