MÔ HÌNH Ổ TRỤC CÓ THỂ TẠO RA HOẶC PHÁ VỠ MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC RÔ-TO

MÔ HÌNH Ổ TRỤC CÓ THỂ TẠO RA HOẶC PHÁ VỠ MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC RÔ-TO

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về cách bạn có thể tạo mô hình ổ trục chính xác trong Simcenter 3D cho động lực học rôto. Chúng tôi có một số giải pháp nội bộ, có sẵn và chúng tôi cũng cung cấp các công cụ mà bạn có thể dễ dàng thực hành.

Tại sao mô hình ổ trục lại quan trọng như vậy?

Ổ trục là bộ phận kết nối giữa bộ phận cố định và bộ phận quay. Vì vậy, rõ ràng, khi nghiên cứu dao động trong hệ thống lắp ráp, chúng đóng một vai trò thiết yếu. Tính linh hoạt mà chúng đưa vào hệ thống sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng con quay hồi chuyển. Nhưng đồng thời, bạn có thể khai thác các đặc điểm giảm chấn của chúng trong quá trình thiết kế để ổn định. Vì vậy, để tránh các vấn đề/ hư hỏng và để tối ưu hóa hiệu suất của một thiết kế, việc lập mô hình ổ trục chính xác là rất quan trọng.

Động lực học ổ trục phức tạp

Nhưng đặc tính cơ học của ổ trục có thể phức tạp. Trong các ứng dụng công nghiệp, nhiều loại bao gồm chất lỏng dạng nhớt như dầu. Hãy nghĩ đến các ổ trục thủy động, con dấu (seals) và bộ giảm chấn màng ép (squeeze film dampers) làm ví dụ. Loại khác bao gồm hai race có các viên bi ở giữa chúng, được gọi là ổ trục lăn (xem hình ảnh bên dưới để biết một số ví dụ).

Hình 1: Các loại ổ trục (nguồn: engineeringlearn.com)

Dù cấu tạo của chúng là gì, trong một mô phỏng, ổ trục mang lại khối lượng, độ cứng và giảm xóc bổ sung. Và hai thông số cuối cùng đó có xu hướng không đối xứng, cũng như phụ thuộc vào tốc độ quay, độ dịch chuyển hoặc phụ thuộc vào vận tốc của trục với stato. Vì vậy, rõ ràng chúng là phi tuyến tính.

Cách đơn giản nhất để biểu diễn chúng là bằng ma trận khối lượng 6×6, độ cứng và sự giảm xóc, cùng với các hệ số có thể không đổi hoặc thay đổi, ví dụ với tốc độ quay.

Mô hình ổ trục do người dùng xác định

Chính vì sự phức tạp này và sự phụ thuộc mạnh mẽ vào các điều kiện hoạt động, nhiều công ty đã phải thực hành rất nhiều. Họ hiểu rõ nhất ổ trục của họ hoạt động như thế nào trong mọi trường hợp có thể xảy ra. Và họ có sẵn tất cả dữ liệu dưới dạng bảng hoặc công thức phân tích. Hoặc họ sử dụng các phương pháp nâng cao hơn, chẳng hạn như ghép nối với mã chất lỏng hoặc sử dụng các thư viện bên ngoài bao gồm cả trạng thái ổ trục.

Vậy làm thế nào họ có thể tận dụng kiến thức này một cách có hệ thống trong các mô phỏng động lực học rôto? Làm cách nào để họ có thể chia sẻ kiến thức chuyên môn này một cách an toàn đối với cả công ty và với các đối tác?

Simcenter 3D cho động lực học rôto chính là câu trả lời

Trong Simcenter 3D cho động lực học rôto, các kỹ sư có thể sử dụng các công thức ổ trục của riêng họ mà ít tốn công sức. Phần mềm này bao gồm các mẫu Fortran, giúp dễ dàng đưa input cần thiết vào quy trình ổ trục và xác định output để solver động lực học rôto tiếp nhận được những gì nó cần.

Để minh họa, input cổ điển được chuẩn bị một phần bởi solver. Điều này bao gồm chuyển vị cục bộ, vận tốc và gia tốc, tốc độ quay và thời gian hiện tại hoặc tần số kích thích. Điều này nằm trên external input mà quy luật ổ trục sẽ cần để tính toán trạng thái, cũng như đầu vào của người dùng như dữ liệu hình học, loại ổ trục, bảng hệ số hoặc các yếu  tố khác. Là đầu ra cho solver động lực học rôto, quy trình thường phải cung cấp các lực, mômen và khối lượng tiếp tuyến, độ cứng và ma trận giảm chấn. Dự kiến ​​toàn bộ quá trình này có thể là phi tuyến và có thể được đưa vào cả phản ứng cưỡng bức harmonic và phản ứng cưỡng bức nhất thời.Shorten with AI

Hình 2: Công thức ổ trục với input/ output

Sau đó, nhà phát triển ổ trục sẽ biên dịch mẫu Fortran với một quy trình được lập thành văn bản để tạo một dll và theo cách này để chia sẻ công thức một cách an toàn với những người dùng khác trong công ty. Người dùng cuối có thể chỉ cần chọn công thức khi xác định phân tích SOL414.

Ví dụ

Hãy xem xét mô hình 5 nút rất đơn giản này, kết hợp các ổ trục khác nhau, sử dụng công thức bộ giảm chấn màng ép đơn giản trong phân tích quá độ phi tuyến run-up và run-down ở trạng thái mất cân bằng.

Hình 3: Ví dụ về mô hình sử dụng bộ giảm chấn màng ép

Công thức bộ giảm chấn màng ép được sử dụng trong mẫu Fortran. Bên cạnh đó, nó cũng sử dụng input như độ nhớt, đường kính của trục, khe hở xuyên tâm và chiều dài của ổ trục. Và nó cho phép người dùng thiết lập loại ổ trục để có thể chuyển sang công thức khác khi cần thiết. Input có thể được chuẩn bị trong tệp Excel và được nhập trong Simcenter 3D.

Hình 4: External input cho bộ giảm chấn màng ép

Trong hình ảnh bên dưới, bạn có thể thấy những gì xảy ra trong toàn bộ quỹ đạo run-up/run-down. Trong thời gian run-up (30 giây đầu tiên), tốc độ quay tăng lên 30.000 vòng/ phút, và sau đó trong quá trình run-down, tốc độ quay giảm trong 30 giây tiếp theo. Chúng tôi đã theo dõi các kết quả dịch chuyển tại vị trí mất cân bằng, cũng như các chuyển vị và lực tương đối trong bộ giảm chấn màng ép. Bạn có thể thấy sự phi tuyến tính của phân tích bởi thực tế là kết quả trong 30 giây cuối cùng không đối xứng với kết quả trong 30 giây đầu tiên.

Hình 5: Kết quả phân tích quá độ phi tuyến (phân tích độ không cân bằng run-up và run-down) sau khi đưa vào mô hình ổ trục

Các khả năng của Simcenter 3D để tạo mô hình ổ trục

Tất nhiên, bên cạnh các ổ trục do người dùng xác định đầy đủ, Simcenter 3D cho động lực học rôto cũng bao gồm một số giải pháp sẵn có để tạo mô hình ổ trục. Bạn có thể tìm thấy tất cả các kiểu kết nối sau:

• Ổ trục được biểu diễn bằng ma trận (độ cứng, giảm chấn và khối lượng), với hệ số không đổi hoặc thay đổi (hàm của tốc độ quay, tần số kích thích hoặc thời gian)
• Bộ giảm chấn màng (Squeeze film dampers) cho các cấu hình khác nhau trong phân tích phi tuyến harmonic và tạm thời, có phương trình điều chỉnh áp suất là phương trình bôi trơn Reynolds cổ điển với màng đẳng nhớt không nén được.
• Ổ trục phần tử con lăn (Roller element bearings) cho các cấu hình khác nhau trong phân tích phi tuyến điều hòa và nhất thời.
• Ổ trục thủy động (Hydrodynamic bearings) cho các cấu hình khác nhau trong phân tích phi tuyến nhất thời, giải phương trình Reynolds 1D với lý thuyết ổ trục ngắn.
• Ống lót (Bushings) được biểu thị bằng các đặc tính hướng trục hoặc hướng tâm, bao gồm các hàm phi tuyến của lực đàn hồi như hàm của chuyển vị và lực giảm chấn là hàm của vận tốc cục bộ. Ống lót cũng có thể sử dụng luật thiệt hại để mô phỏng sự đứt gãy hoạt động như một cách sử dụng cơ học, hữu ích trong việc dự đoán trường hợp lưỡi dao.
• Kết nối bánh răng (bánh răng trụ tròn, bánh răng hình côn, bánh răng xoắn, bánh răng bên trong)
• Lò xo và bộ giảm chấn đơn giản

Kết luận

Mô hình ổ trục chính xác là rất quan trọng để mô phỏng động lực học rôto thành công. Trong Simcenter 3D, bạn có thể tìm thấy nhiều kiểu kết nối đại diện cho ổ trục của mình. Nhưng quan trọng nhất, phần mềm nắm bắt được kiến thức chuyên môn của bạn bằng cách cho phép bạn dễ dàng thiết lập các mô hình ổ trục do người dùng xác định. Tất cả những khả năng để tạo mô hình ổ trục này đều có trong Simcenter 3D 2021.2.

Nguồn: Siemens