Модальный анализ Демпфера коленчатого вала

[Yupiter555 0]

Добрый день, Коллеги!!!

Есть задача - рассчитать частоту собственных колебаний Демпфера коленчатого вала (Демпфера крутильных колебаний). Данный узел состоит из двух деталей - фланца и венца, которые соединены с помощью резинового слоя. Фланец стальной, венец из чугуна. см. Рис.1. Для расчета использую ANSYS 17.0 (Workbench) Modal analysis using Mechanical APDL solver. Вся загвостка в резиновом слое. Задаю ему материал Neoprene Rubber из библиотеки материалов, затем дополняю св-ми (Модуль Юнга, Коэффициент Пуассона, коэффициент температурного расширения и т.д.), которые мне известны для данной резиновой смеси, в дальнешем чтобы соединить венец и фланец будут проводить процесс вулканизации. Далее накладываю ограничения - фиксирую центральное отв. В виде выходных данных выбираю смещение для каждой моды. Запускаю расчет, на выходе получаю частоту собственных колебаний на нужной моде меньше в разы, чем требуется по чертежу. Что необходимо добавить или что упускаю при расчете Демпфера коленчатого вала? И в принципе возможен ли частотный (модальный) анализ комбинированных сборочных единиц, в которые входит Сталь, Резина и Серый Чугун? Заранее благодарю за помощь!!!

[Yupiter555 0]

Может быть кто-то знает какие конкретно св-ва материала (резина) нужно задавать, чтобы вычислить собственные частоты?

[AlexKaz 1 825]

св-ва материала (резина)

Есть каучук.  В 1-м приближении подойдёт. Вам нужны плотность, к-т Пуассона, м-ль Юнга.

 

 

на выходе получаю частоту собственных колебаний на нужной моде меньше в разы, чем требуется по чертежу

В разы - это насколько?

Чем подкреплён чертёж? Аналитическим расчётом или из практики/литературы? 

З.Ы. Мне кажется, или в сборке не хватает некоей крышки, удерживающей деталь из чугуна? Или прям всё так и работает слитно как на клею после "процесса вулканизации"?

[soklakov 1 476]

Запускаю расчет, на выходе получаю частоту собственных колебаний на нужной моде меньше в разы, чем требуется по чертежу.

Резина штука нелинейная. У Вас, возможно, имеется только начальный модуль упругости, а по факту резина оказывается жестче => частоты выше.

Но если в свойствах материала Вы уверены, то подумайте о закреплениях. Они в гораздо большей степени определяют результат.

[Yupiter555 0]

Используют клей хемосил, венец из чугуна так и соединяется с фланцем с помощью резиновой смеси после вулканизации, данный демпфер стоит почти на всех отечественных авто, крепится с помощью гайки к коленчатому валу. Есть значение собственной частоты, которое получили опытным путем со стенда 480+-25Гц. При моделировании нужно получить аналогичные результаты

[soklakov 1 476]

Вырезать кубик из такой резины можете? И сжать. Построить F от dL.

 

При моделировании нужно получить аналогичные результаты

 

Поскольку модальный анализ все равно придется делать с линейной резиной, то задача, вероятно, сведется к определению "эффективного" модуля упругости резины.

[Yupiter555 0]

К сожалению на производстве нет такой установки, чтобы провести замеры. Прикладываю фото, интересует собственная частота колебаний, когда демпфер вращается. Известна скорость на стенде, когда замеряют частоту, от 380-540рад/с с шагом 80рад/с. Так же известно, что температура резинового слоя меняется от 22град. до 35град. Не вижу, где тут можно приложить силу тяжести.

Что-то явно не хватает. Когда проводили расчет в Autodesk Inventor, там была связь связано и пружина, в пружине закладывалась жесткость, с помощью нее получили нужный результат и при проверке других демпферов аналогичной конструкции, результаты сошлись с результатами полученными на стенде, т.е. там действует та схема, тут есть пружина, но она видимо совсем другую роль играет, что-то нужно добавить чтобы отрегулировать жесткость резины, что не пойму    

[AlexKaz 1 825]

" Известна скорость на стенде, когда замеряют

частоту, от 380-540рад/с" То есть демпфер вращается с постоянной угловой скоростью? И пружинка в Inventor'e по всей видимости заменяет действие центростремительного ускорения?

[soklakov 1 476]

что-то нужно добавить чтобы отрегулировать жесткость резины, что не пойму

Модуль упругости резины увеличьте.

Не вижу, где тут можно приложить силу тяжести.

В модальном анализе нет и не может быть нагрузок.

Зато можно выполнить преднапряженный модальный анализ и там учесть силу тяжести. Но в Вашем случае это вряд ли актуально.

Известна скорость на стенде, когда замеряют частоту, от 380-540рад/с с шагом 80рад/с.

Скорость чего? Вот тут бы поподробнее. 

[Yupiter555 0]

Добрый день, да на стенде демпфер закреплен жестко на оси, как в реальных условиях. Вращение оси, а вместе с ним демпфера со скоростью 380-540 рад/с. Пружина задает жесткость связи венца и фланца, имитируя тем самым эластичный слой. Модуль Юнга меняли на 20МПа, для первого демпфера получилось требуемое значение, как на стенде, примерно 485Гц, а когда так же запускаю другой демпфер с аналогичной конструкцией, все так же задаю значение 548,41Гц, а это далеко от правды, у него д/б 480+-20Гц. Поэтому я прихожу к выводу что схема не работает, что-то надо еще добавить в свойствах резины, может жесткость как в инвенторе, но я ее не вижу. Еще вопрос - какой analysis Systems нужно использовать, чтобы задать скорость вращения и силу тяжести, как в реальных условиях, заранее благодарю!

[dronm 26]

Если через эксперимент можно построить зависимость угла поворота от момента для резины в составе сборки, то её можно в принципе исключить заменив на нелинейный Combin39. Если и в этот раз модальный не даст правильный результат, то сделать переходной анализ и через Фурье определить частоты.

С переходным анализом и Фурье можно определить частоты при нелинейной модели резины, но будет считаться дольше и вред ли точнее чем с Combin39.

[Yupiter555 0]

Что значит Combin39, что конкретно нужно нажать и где это находится?

В ANSYS работаю недавно, строго не судите. И что значит сделать переходный анализ Фурье?

[soklakov 1 476]

чтобы задать скорость вращения

В модальном анализе есть нагрузка "rotational velocity" в разделе "inertial loads". Это выполнит в фоне статический расчет.  Хотя Вам пока без разницы, вспомните об этом позже.

А гравитация в Вашей задаче мало что изменит.

Модуль Юнга меняли на 20МПа, для первого демпфера получилось требуемое значение, как на стенде, примерно 485Гц, а когда так же запускаю другой демпфер с аналогичной конструкцией, все так же задаю значение 548,41Гц, а это далеко от правды, у него д/б 480+-20Гц.

Проект скинуть можете? 

[Yupiter555 0]

Фото выше выложено. Похоже мало известно по таким деталям, в которых комбинированное соединение сталь-резина-чугун, хотя в автомобилях полно дет., где исп. резина. Не понимаю в чем проблема у меня((((

[soklakov 1 476]

Фото выше выложено.

Проект и фото - разные вещи. 

[Yupiter555 0]

К сожалению нет, только фото

[Yupiter555 0]

Добрый день, Коллеги!

Подскажите почему в Ansys, если я задаю скорость вращения в модальном анализе, узел только отклоняется на определенный угол, а не крутится как это на самом деле происходит. Проект смогу выложить чуть позже

Как заставить вращаться узел в модальном анализе? Или надо прорисовывать ось, подшипники и вал коленчатый, что скажите?

[soklakov 1 476]

Подскажите почему в Ansys, если я задаю скорость вращения в модальном анализе, узел

не крутится как это на самом деле происходит

 

Потому что скорость вращения прикладывается как объемная сила в предварительном статическом анализе.

Как заставить вращаться узел в модальном анализе?

Никак. Почитать, что такое модальный анализ.

Или надо прорисовывать ось, подшипники и вал коленчатый, что скажите?

А что Вам надо в конечном итоге? От этого и отталкивайтесь.  Вам картинки или собственные частоты? Шашечки или ехать?

[Yupiter555 0]

Dronm - можете подсказать литературу того о чем Вы писали, чтобы разобраться, может быть Вы дело советуете?

Необходимо получить рабочую схему нагрузок и закреплений, при которых я смогу определить частоту собственных колебаний узла, для демпфера любой конфигурации, как на стенде, т.е. проводить расчеты в программе, а потом их подтверждать на стенде, в дальнейшем вообще отказаться от стенда. Где можно прочитать про модальный анализ в ANSYS?

[dronm 26]

открываем ANSYS Help /Mechanical APDL/Element Reference/Element Library/COMBIN39  и смотрим.

Преобразование Фурье - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%A4%D1%83%D1%80%D1%8C%D0%B5

Через MPC свяжите вал с одним узлом COMBIN39 и так же с внешний вал с другим узлом COMBIN39 .  а в Сфвауь видно по призванию набирают, чудят безрукие.