旋转动力学培养可靠的旋转机的设计

2016年9月8日

从风力涡轮机到发动机,旋转机械是许多结构中的重要元素。对这种旋转机械的分析(称为RotordeNanics)是减少许多技术领域的噪声和振动的关键。在这里,我们将仔细研究RotorDyanics及其在各种应用中的相关性。

旋转动力学的简要介绍

考虑在飞机上飞行的飞机上的喷气发动机或风力涡轮机在风中旋转。这两种结构都包括旋转机械,其研究称为动力学。用更具体的术语,转子动力学是对转子振动及其对转子速度的依赖的研究。动力系统通常由具有支撑结构(定子)和一个或多个旋转结构(转子)的机械组件组成。这定子和转子的相对运动正如上一篇博客文章中指出的那样,是旋转计算机操作的关键。

喷气发动机的照片。
喷气发动机只是一个与RotorDeNAgic相关的应用程序。托德·霍夫曼(Todd Huffman)的图像 - 自己的作品。获得许可CC由2.0, 通过Flickr Creative Commons

旋转动力学用于提高旋转机的功能,安全性和效率,并避免故障和设计问题。例如,当机器的旋转速度增加时,可能会导致振动的频率通过其临界速度。这可能会导致过度振动,从而产生磨损,机器故障甚至人为伤害。由于故障或次优设计而导致的不稳定性或旋转不平衡也是其他重要问题。

在开发旋转机械时,工程师需要了解上面突出显示的潜在问题,并找到防止它们的方法。rotordyanics是解决此类挑战,从而优化结构的安全性和性能的强大工具。

旋转动力学在推进现代技术中的作用

随着机器速度变得更快,涉及临界速度和转子稳定性的问题的潜力增加,转型动力学的相关性继续增长。此外,朝着开发较小的设备和提高性能的推动意味着这些设计需要不断改进。那么,这些分析可以从哪些类型的现代应用程序中受益?这里有些例子…

为了提高轻轨运输的效率,一组研究人员正在寻求利用飞轮技术。当添加电力时,这种技术使用的转子会增加其旋转速度。然后,当需要再次能量时,它可以将旋转速度转换为电能。就火车而言,这意味着将来可以将火车放慢和停止时产生的能量存储并用作电能。

描绘轻轨运输的图像。
轻轨运输的一个例子。Haljackey的图像 - 自己的作品。获得许可CC由2.0, 通过Flickr Creative Commons

纳米级机也开始利用运动部件和转子机制。例如,科学家最近设计了世界上最复杂的旋转结构DNA折纸技术。该技术使用通过连锁3D DNA组件形成的转子机制。随着技术的发展,它可以用于一系列目的,包括推动药物。

将rotordynalics带入模拟环境

正如我们在这里强调的那样,Rotordynamics可以帮助推进各种结构的设计。将这些分析带入模拟环境,进一步增强了此类研究,从而快速产生结果并消除在设计工作流程的每个步骤中建立物理原型的需求。

让我们考虑一个非常简单的例子。在旋转机械中,高旋转速度可以产生大型离心力。反过来,这可能会引起两种抵消效果:压力僵硬和旋转软化。这些效果的结合改变了连接到旋转轴的刀片的固有频率

视觉显示旋转刀片的几何形状。
比较旋转角速度和频率的图。

左:旋转刀片的几何形状。右:比较频率和旋转角速度的坎贝尔图。

通过通过模拟研究这些力的影响,您可以进一步了解旋转机的设计,并根据需要修改其配置以实现最佳性能。随着仿真工具继续前进,可以在旋转机械上进行更复杂和复杂的研究,从而在当前的应用中优化其性能并为新用途打开了大门。

了解有关COMSOL多物理学中的机械结构的更多信息


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