某轉(zhuǎn)軸隨機振動分析【轉(zhuǎn)發(fā)】

2019-04-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

文|江圣民

一、問題描述

在隨機振動環(huán)境中可能導致設(shè)備的損壞,常見的有電機轉(zhuǎn)軸的隨機振動,如圖12-2所示為簡化的電機轉(zhuǎn)軸模型。轉(zhuǎn)軸在電機中承載轉(zhuǎn)子并做旋轉(zhuǎn)運動,與其它設(shè)備相連輸出機械能,對其進行隨機振動有利于提高電機的產(chǎn)品性能。

電機兩端由軸承支撐固定,輸出轉(zhuǎn)矩,其材料性能參數(shù)如下:彈性模量Ε=2.1e5MPa,泊松比μ=0.288,密度ρ=7.86e3Kg/m3。

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在隨機振動分析中需要輸入功率譜密度函數(shù),本例中擬用表-1所示加速度PSD數(shù)值作為輸入?yún)?shù)。

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二、幾何建模

通過外部導入分析幾何模型,單擊Modal模塊中的Geometry右鍵Import導入本例中的幾何模型,導入完成之后Geometry后面出現(xiàn)綠色“√”標志表示成功,導入后的結(jié)果如圖2所示。

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三、材料屬性設(shè)置

材料屬性的設(shè)置直接通過修改軟件默認Structure Steel材質(zhì)即可。進入Engineering Data編輯窗口,單擊Structure Steel,在對應(yīng)的窗口按照給定的材料屬性值輸入如圖3所示性能參數(shù)即可。

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四、網(wǎng)格劃分

由于幾何模型較為簡單,直接采用六面體主體技術(shù)進行劃分,網(wǎng)格單元大小為設(shè)置為2mm,然后單擊右鍵選擇Generate Mesh完成網(wǎng)格劃分,劃分結(jié)果如圖4所示。

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五、模態(tài)求解設(shè)置

進行隨機振動分析需要進行兩部,首先進行模態(tài)計算,然后基于計算結(jié)果進行隨機振動響應(yīng)分析,所以在網(wǎng)格劃分完成之后進入模態(tài)求解設(shè)置,設(shè)置步驟如下:

1.單擊Modal,依次選擇工具欄中的SupportsàFixed Support,將轉(zhuǎn)軸兩端軸承支撐位置固定,如圖5所示;

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2.單擊Analysis Setting,設(shè)置提取結(jié)構(gòu)前10階模態(tài)振型;

3.完成設(shè)置后單擊Solve提交計算機求解計算。

4.計算完成后查看模態(tài)振型,如圖12-7所示,前10階模態(tài)固有頻率值最大為37965Hz,能夠足夠的覆蓋加速度PSD的頻率范圍。

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六、PSD載荷譜施加

進入隨機振動分析模塊,選擇Random Vibration,依次單擊工具欄PSD Base ExcitationàPSD Acceleration,分別設(shè)置X、Y、Z三個方向的加速度PSD輸入,在Tabular Data中依次輸入給定的數(shù)值,如圖7所示。

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七、求解設(shè)置

設(shè)置求解計算方式如下:

1.單擊Analysis Setting,在彈出的詳細窗口中設(shè)置Number of Modes To Use為All,在Damping Controls中設(shè)置Constant Damping Ratio為0.02,如圖8所示。

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2.設(shè)置輸出變量。在Solution中插入Equivalent Stress,在彈出的詳細窗口中設(shè)置Scale Factor為3 Sigma,此時Probability自動變?yōu)?9.73%,該設(shè)置含義為:計算結(jié)果中Mises應(yīng)力的置信度大小為99.73%,是一個可靠程度的度量,如圖9所示。

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3.完成(1)(2)步驟設(shè)置之后單擊Random Vibration,右鍵選擇Solve提交計算機求解即可。

八、結(jié)果后處理

計算完成查看結(jié)果,可以得到結(jié)構(gòu)在該隨機振動作用下的應(yīng)力響應(yīng)云圖,如圖10所示。從圖中可以看到最大Mises應(yīng)力值約為1.8MPa,即該作用下轉(zhuǎn)軸有99.73%的概率Mises應(yīng)力值不超過1.8MPa,為設(shè)計提供參考和修改的理論依據(jù)。