Определение напряжений коленчатого вала в момент резонанса.

[Boria777 0]

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.

 

Судя по картинке расчетной схемы есть предложение/замечание, на шейке вала сидит подшипник, она не может воспринимать момент (относительно своей оси), быть может вам стоит заменить моменты на силы приложенные в соответствующем направлении?

[mittka 0]

Есть предположение, что Вы неверно трактуете диаграммы.

Почему вы так решили?

 

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.

Все правильно. Значение момента указывается относительно оси Z. Торцы шатунных шеек лишь определяют плоскости, в которых они действуют.

 

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

Само собой. Усталость уже посчитана. Но все-таки есть необходимость определить значения напряжений при резонансе.

Судя по картинке расчетной схемы есть предложение/замечание, на шейке вала сидит подшипник, она не может воспринимать момент (относительно своей оси), быть может вам стоит заменить моменты на силы приложенные в соответствующем направлении?

Значение момента указывается относительно оси Z. Торцы шатунных шеек лишь определяют плоскости, в которых они действуют. 

Было бы идеально использовать силы, но направление действия силы будет постоянно меняться, а я не знаю, как изменять поверхность и направление приложения силы в процессе Transient расчета. Мне кажется, такая возможность отсутствует.

[soklakov 1 475]

Но все-таки есть необходимость определить значения напряжений при резонансе.

Было бы идеально использовать силы, но направление действия силы будет постоянно меняться

 

Как насчет посчитать RBD для процесса разгона? А затем уже силы передать в отдельный расчет коленвала. 

[mittka 0]

 

Как насчет посчитать RBD для процесса разгона? А затем уже силы передать в отдельный расчет коленвала. 

 

А в RBD получается нужно ввести всю модель, с шатунами и поршнями? Я не очень понимаю, в чем разница, вычислю я силы с помощью RBD или с помощью спец.проги+маткад, как я считаю сейчас? Тогда можно сразу поместить всю огромную модель с шатунами и поршнями в Transient, задать кучу джоинтов и приложить силу к поверхности поршней. Тогда получится сделать так, чтобы изменялась поверхность приложения сил, действующих на шейки КВ, но такой расчет потребует огромного количества времени.

[soklakov 1 475]

Я не очень понимаю, в чем разница, вычислю я силы с помощью RBD или с помощью спец.проги+маткад, как я считаю сейчас?

Сейчас Вы настаиваете на зависимостях моментов от частоты. Вам нужно преобразовать их в зависимости моментов от времени. Сделайте маткадом, если так легче.

 

Задачу о резонансе можно решить во временной области (транзиент), а можно в частотной (гармонический). Граничные условия должны быть соответствующие. Вы пробуете ГУ от второго в первый прикрутить. Может, уже и не пробуете. Пока Вы только объясняете почему Вам не подходят предложения, вместо того, чтобы услышать варианты решений.

[mittka 0]

Сейчас Вы настаиваете на зависимостях моментов от частоты. Вам нужно преобразовать их в зависимости моментов от времени. Сделайте маткадом, если так легче.

 

Задачу о резонансе можно решить во временной области (транзиент), а можно в частотной (гармонический). Граничные условия должны быть соответствующие. Вы пробуете ГУ от второго в первый прикрутить. Может, уже и не пробуете. Пока Вы только объясняете почему Вам не подходят предложения, вместо того, чтобы услышать варианты решений.

Я вас понимаю. В данном случае отсутствуют четкие данные, за какое время запущенный двигатель разгонится с холостых 520 об/мин до номинальных 1500 об/мин. Поэтому я не могу выразить частоту функцией по времени и ,соответственно, не могу выразить момент от времени. Разве что только приблизительно. Но это разумеется, вариант.

Как я могу воспользоваться гармоническим расчетом, когда характер нагружения фактически случайный в рамках одного цикла?

Применение целостной геометрии, вместе с шатунами и поршнями, и тогда сразу и расчет RBD полностью разумны, но все это сильно усложнит расчет и намного увеличит время его выполнения.

по всем этим причинам, я по-прежнему не могу решить, как лучше поступить.

[soklakov 1 475]

Как я могу воспользоваться гармоническим расчетом, когда характер нагружения фактически случайный в рамках одного цикла?

Все можно разложить в ряд Фурье.

Гармонически расчет -  это постоянная работа в резонансном режиме. Если уровень напряжений окажется приемлемым, то Вы сможете сказать, что transient не обязателен.

 

Если это не Ваш вариант, то считайте себе спокойно transient. Без попыток прикрутить модальный анализ, полным методом, задавая соответствующие граничные условия. Отсутствие четких данных нормальная ситуация. 

[mittka 0]

Я отдельно посчитал собственные частоты, с помощью Modal, и получил значение первой частоты крутильных колебаний порядка 2300 об/мин. Исходя из конструкции и особенностей чередования вспышек в цилиндрах, главные гармоники ряда имеют порядок k = 4,8,12,16... . Таким образом могу определить резонансные частоты:  n.рез = n.собств / k. Отсюда получаю единственную частоту n.рез = 575 об/мин., попадающую в рабочий диапазон рассматриваемого двигателя.

Если я в Transient выставлю эту конкретную частоту, задав граничные условия в соответствии с нагрузками, возникающими в двигателе при этой частоте вращения, я получу завышенные значения напряжений, соответствующие резонансным? То есть будет наблюдаться фактический скачок напряжений по сравнению, например, с частотами 560 и 590 об/мин.?

[soklakov 1 475]

Если я в Transient выставлю эту конкретную частоту

А может Вы сначала попробуете? У Вас настолько много мест для того, чтобы споткнуться в расчете, что полученные значения напряжений будут практически случайной величиной. Но с чего-то надо начинать.

Но вообще, если уж решили транзиент считать, то может и разгонять движок постепенно?

 

А еще геометрию поменяйте на учебную, пока workflow не отладите, а то психанете и бросите это дело раньше, чем результат получите.

[mittka 0]

А может Вы сначала попробуете? 

Я уже проводил подобные вычисления и сам Transient для номинального режима. Что пробовать то?

 

Если я в Transient выставлю эту конкретную частоту, задав граничные условия в соответствии с нагрузками, возникающими в двигателе при этой частоте вращения, я получу завышенные значения напряжений, соответствующие резонансным? То есть будет наблюдаться фактический скачок напряжений по сравнению, например, с частотами 560 и 590 об/мин.?

Очень волнует этот вопрос. У меня создалось впечатление, что Ansys в процессе таких расчетов сам не анализирует колебания и выполняет Transient расчет без ориентировки на возможный резонанс. В хэлпе на этот счет не нашел информации.

[soklakov 1 475]

Ansys в процессе таких расчетов сам не анализирует колебания и выполняет Transient расчет без ориентировки на возможный резонанс.

ANSYS в таких расчетах решает основное уравнение динамики: mu''+cu'+ku=f(t)

Что такое "ориентировка на возможный резонанс" пока не очень понятно. Вы бы смогли пояснить, как бы было, если бы он делал "это"?

[mittka 0]

ANSYS в таких расчетах решает основное уравнение динамики: mu''+cu'+ku=f(t)

Что такое "ориентировка на возможный резонанс" пока не очень понятно. Вы бы смогли пояснить, как бы было, если бы он делал "это"?

Имею в виду то, понимает ли в Ansys в такой ситуации, что заданная частота вращения совпадает с собственной частотой модели и наблюдается явление резонанса?

[soklakov 1 475]

Имею в виду то, понимает ли в Ansys в такой ситуации, что заданная частота вращения совпадает с собственной частотой модели и наблюдается явление резонанса?

А понимаете ли Вы, что такое решение уравнения? 

[AlexKaz 1 822]

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

К примеру авиаторы пишут про "урезанную" версию двигателя М-14П - М-3: "Вибрация при его работе такова,что шкалы приборов выглядят призрачными и размытыми". Пробовал  выцепить у них чертежи М-3 - как в анекдоте, "мыши плакали, кололись, но продолжали жрать кактус", - профи малого авиастроения ничего не смогли с ним сделать, движок крутит и колбасит, а тут студент =)

Что будет - прикрепил скриншот из книжки по динамике роторов.

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

Интересно посмотреть на методику...

[imt 59]

Методика расчета на крутильный резонанс коленчатого вала двигателя:

А.Н.Гоц "Крутильные колебания валов автомобильных и тракторных двигателей".

Очень полезная книга с точки зрения практических навыков и получения конкретных результатов. Хотя решать эту задачу в ANSYS не очень удобно. Колебательную схему скорее всего лучше сделать в ADAMS, непосредственные расчеты на прочность - ANSYS.

[soklakov 1 475]

В 01.01.2018 в 09:38, imt сказал:

Хотя решать эту задачу в ANSYS не очень удобно.

Чего же Вам не хватило для удобства?

[imt 59]

Дело не в удобстве.

По книге расчетная схема крутильных колебания состоит из абсолютно жестких тел соединенных упругими связями (пружинами). Возбуждение от вспышек в цилиндрах раскладывается в ряд Фурье. Для каждой частоты считается резонанс, затем амплитуды колебаний суммируются.

Считать и суммировать гармоническое возбуждение в АНСИС очень удобно, а вот сделать расчетную схему крутильных колебаний с жесткими телами в лоб, наверное, не получиться (надо что-то придумывать).   

[imt 59]

С коленвалом пока просматривается такая схема:

   1. RBD - вычисление нагрузки на шатунные шейки от индикаторного давления на поршень и сил инерции.

   2. Статический расчет коленвала под нагрузками из п.1.

   3. Гармонический анализ крутильных резонансов.

   4. Design Assessment - cуммирование НДС из п.2 и п.3

 

На первый взгляд должно работать.

А Transient где ?...

Изменено 14 января 2018 пользователем imt

[AlexKaz 1 822]

 

В 12.01.2018 в 00:03, imt сказал:

расчетную схему крутильных колебаний с жесткими телами в лоб, наверное, не получиться (надо что-то придумывать).

Берите реальный модуль Юнга, если есть желание - квазижёсткие тела моделятся с E на несколько порядков большим. По сравнению с RB отличий не будет, почти.

Изменено 14 января 2018 пользователем AlexKaz

[imt 59]

Вы, наверное, имеете ввиду Транзиент с почти жесткими телами?... 

 

Для бензинового двигателя критические частоты крутильных колебаний достаточно большие: 400-500 Гц. Для проверки первый раз надо сделать или так, или в Адамсе (я имею ввиду схему крутильных колебаний).

Изменено 14 января 2018 пользователем imt