Rotordynamics Module

A atualização 2 do COMSOL Multiphysics® versão 5.2a introduz o novo Rotordynamics Module. Esse complemento do Structural Mechanics Module permite modelar componentes componentes e peças de máquinas rotativas, nas quais as assimetrias e a rotação podem levar a instabilidades e ressonâncias danosas. Abaixo, leia mais sobre as capacidades e recursos do Rotordynamics Module.

Simulação de Máquinas Rotativas e Rotodinâmica

O Rotordynamics Module simula o comportamento de rotores e seus componentes em aplicações que envolvem máquinas rotativas. Isso pode incluir o estudo das frequências naturais dessas montagens, visto que há situações em que a operação do rotor pode levar a velocidades críticas e ressonâncias que podem ou não depender dos desbalanceamentos. Tais simulações são usadas para investigar aplicações envolvendo peças rotativas nas indústrias automotiva, aeroespacial, de geração de energia, de elétrica e de produtos domésticos.

Agora disponível como um complemento do Structural Mechanics Module, o Rotordynamics Module permite analisar ressonâncias, tensões e deformações em rotores, mancais, discos e fundações. Dessa forma, pode-se manter as condições dentro de limites aceitáveis de operação.

Cinco Novas Interfaces para Modelagem de Rotodinâmica

Cinco novas interfaces foram acrescentadas ao nó Structural Mechanics do Model Wizard, sob o nó Rotordynamics:

  1. Solid Rotor: Através do uso de elementos sólidos, essa interface pode ser usada para modelar representações geométricas completamente 3D das peças que fazem parte de uma montagem de máquina rotativa. Embora computacionalmente caro, efeitos geométricos não lineares podem ser incluídos e efeitos como spin softening e stress stiffening, assim como deformações nos mancais e bases também podem ser considerados.

  2. Beam Rotor: Essa interface permite soluções mais rápidas e computacionalmente menos intensas através da definição de rotores como vigas e componentes da máquina rotativa como pontos. Propriedades inerentes ao rotor, tais como área de seção transversal e momentos de inércia, são usadas para definir a física nessa interface. É possível separar os componentes axial, de flexão e torsional da análise rotodinâmica e suas respostas, de acordo com a velocidade angular do rotor.

  3. Hydrodynamic Bearing: Para a modelagem completa de mancais hidrodinâmicos, incluindo os efeitos do filme lubrificante, essa interface pode ser usada apenas para modelar as propriedades do mancal ou ser combinada com outras interfaces (veja abaixo). Através da solução da equação de Reynolds, é possível analisar os efeitos do óleo lubrificante entre buchas e eixos dos seguintes tipos de mancais hidrodinâmicos: planos, elípticos, bi-partidos, multilobulares, de placas oscilantes, ou definidos pelo usuário.

  4. Solid Rotor with Hydrodynamic Bearing: Para modelagem de um rotor 3D, baseado em elementos sólidos, usando a interface Solid Rotor e mancais hidrodinâmicos, baseados na interface Hydrodynamic Bearing.

  5. Beam Rotor with Hydrodynamic Bearing: Para modelagem de um rotor aproximado, baseado em elementos de viga, usando a interface Beam Rotor, e mancais hidrodinâmicos baseado na interface Hydrodynamic Bearing.

Além da interface hydrodynamic bearings, o comportamento de componentes também pode ser incluído como parâmetros concentrados. Isso inclui mancais guia, mancais escora e fundações.

O nó Structural Mechanics do Model Wizard exibe o novo sub-nó Rotordynamics e suas interfaces.

O nó Structural Mechanics do Model Wizard exibe o novo sub-nó Rotordynamics e suas interfaces.

O nó Structural Mechanics do Model Wizard exibe o novo sub-nó Rotordynamics e suas interfaces.

Analise Suas Aplicações de Rotodinâmica com uma Variedade de Tipos de Estudo

Ao usar o Rotordynamics Module, o que é estático e o que é dinâmico é determinado por um observador no sistema de coordenadas que está rotacionando junto com o rotor. Em uma configuração geral de mecânica estrutural, diferentes formas de análises dinâmicas são usadas quando as forças inerciais não podem ser ignoradas. Como as interfaces para rotodinâmica são formuladas em um sistema de coordenadas co-rotativo, alguns dos efeitos inerciais já são considerados como cargas estáticas. Portanto, um rotor que gira sob condições que são estacionárias, quando vistas por um observador co-rotativo, não precisa de uma análise dinâmica. Essa simplificação é um dos benefícios fundamentais de se usar o Rotordynamics Module.

Por outro lado, uma carga que é fixa no sistema de coordenadas espacial, como a gravidade, terá varação harmônica quando vista de um ponto de vista co-rotativo e provocará uma excitação dinâmica.

O Rotordynamics Module disponibiliza os seguintes tipos de estudo para simulações estáticas e dinâmicas ao analisar máquinas rotativas:

  • Estudo estacionário
  • Estudo de frequência natural
  • Estudo no domínio da frequência
  • Estudo no domínio do tempo
  • Estudo transiente com FFT
Um gráfico de precessão mostrando o terceiro modo de um rotor suportado por dois mancais nas extremidades. Um gráfico de precessão mostrando o terceiro modo de um rotor suportado por dois mancais nas extremidades.
Um gráfico de precessão mostrando o terceiro modo de um rotor suportado por dois mancais nas extremidades.

Visualizer Seus Resultados Através de Gráficos Dedicados

Crie visualizações limpas e concisas dos resultados das suas simulações, usando os novos tipos de gráficos dedicados inclusos:

  • Whirl plots: Plota os modos de vibração do rotor, rotacionados em torno do eixo do rotor em intervalos discretos de rotação.

  • Campbell plots: Plota variações das frequências naturais do rotor em relação à velocidade do rotor. variations of the eigenfrequencies of the rotor with respect to rotor speed. Na precessão direta, a frequência natural aumenta com a velocidade do rotor, enquanto que na precessão retrógrada, a frequência natural diminui com a velocidade do rotor.

  • Waterfall plots: Plota variações do espectro de frequência e amplitude em função da velocidade angular do rotor.

  • Orbit plots: Plota órbitas 3D de certos pontos no rotor, os quais frequentemente estão relacionados à posições de componentes tais como discos, mancais, etc.

Veja a página do Rotordynamics Module para ver o que mais pode ser modelado.

Orbita de um munhão correspondente à análise rotodinâmica de um virabrequim. Orbita de um munhão correspondente à análise rotodinâmica de um virabrequim.
Orbita de um munhão correspondente à análise rotodinâmica de um virabrequim.