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Schaufel_1.jpg Schaufel_2.jpg Schaufel_3.jpg

Hallo,
ich habe ein kleines Problem und hoffe,dass Ihr mir helfen könnt.

ich muss im Rahmen meiner Diplomarbeit eine Strukturanalyse einer Verdichterschaufel mit Hilfe von Pro/Mechanica durchführen.
Die Schaufel soll dabei einer Fliehkraftbelastung ausgesetzt sein (entsprechend der Drehzahl) und am Schaufelfuss gelagert werden.
Ich habe ein Zylinder-KS eingeführt und die Schaufel an der oberen Fläche des Hammers (Hammerfuss) in radialer-Richtung (aufgrund der Schaufelnut ist eine Verschiebung der Fläche in die genannte Richtung nicht möglich) sowie in Theta-Richtung fest gelagert(siehe Bild). Die z-Richtung und ebenfalls die Theta-Richtung habe ich an der oberen Fläche des Fusses fest gelagert (siehe Bild). Für die großen seitlichen Flächen des Fusses habe ich eine Zyklischebedingungen gewählt.

Meine Frage lautet nun: sind die Randbedingungen richtig gewählt?
Insbesondere bei der Theta-Verschiebung (Rotationsrichtung) bin ich mir nicht sicher, da die Schaufel in gennante Richtung rotiert.
bei einer freien lagerung bekomm ich jedoch eine Starrkörperbewegung in diese Richtung oder?

schöne Grüße Mettbrötchen

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propellerblatt_wf5.zip

Hallo,

es gibt hier doch recht viel zu beachten, anbei ist ein ähnliches Modell mit definierten Analysen.

Gruß Paul

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Hallo Paul,

erstmal Danke für die schnelle Antwort.

ich habe mir das Propellerblatt angeschaut. Du hast die Fluid-Struktur-Interaktion mit Hilfe einer Kraft Simuliert und ebenfalls eine Zyklische Symmetrie vorgesehen. Soweit OK
Jedoch versteh ich die Randbedingung am Hinteren Ende des Propellers nicht, insbesondere die Feder.
Kannst du mir da nochmal weiterhelfen.

Gruß Mettbrötchen

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Hallo,

man müsste alle Analyse ausführen und auswerten, um das Modell besser verstehen zu können.

Die zyklische Symmetrie (bei solchen Problemen ein MUSS) läßt das Verdrehen der Welle zu. Damit ist das Modell nicht statisch bestimmt. Aus diesem Grund gibt es die weiche "Feder-zu-Basis", um das Modell formell statisch bestimmt zu haben. Dadurch beträgt die 1. Eigenfrequenz auch nicht 0, sondern nahe 0 (paar Hertz). Sehr wichtig ist hier der Versteifungseffekt aufgrund der Fliehkraft, d.h. die Eigenfrequenzen sind im Betrieb anders als in Ruhe. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Notwendigkeit einer "Vorspannunganalyse", sonst liegst Du "daneben".

Gruß Paul

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Hallo,

das bedeutet ich muss ebenfalls eine weiche Feder vorsehen?
kannst du mir vielleicht bei meinen Randbedingungen helfen (siehe Bilder oben)? ich bin gerade echt am verzweifeln.
Eine Vorspannungsanalyse wollte ich nach der Statischen Analyse durchführen, da ich diese ja benötige.

Gruß Mettbrötchen

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"Tetta" darfst Du streng genommen überhaupt nicht festhalten, als Ersatz die weiche Feder nehmen. Z-Richtung sollte aber schon irgendwo gehalten werden, kannst Du nicht ein Stückchen Nabe dran bauen?

Ich kann in Deinen Bildern nicht erkennen, an welchen Flächen die zyklische Symmetrie ansetzt. Kannst Du das Modell reinstellen?

Gruß Paul

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rotor_fuss.prt.zip Schaufel_4.jpg

Hallo,
die Schaufel kann ich dir als ganzes leider nicht geben, aber der Schaufelfuss und der oberste layer dürfte doch ausreichen. Die zykliche Symmetrie ist an den großen seitlichen Flächen an der die nächste Schaufel ansetzen würde gesetzt worden.

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Du hast eine Studentenversion, ich kann Deine Daten leider nicht öffnen. So wie Du die Einspannung im letzten Bild beschreibst, bleibt lediglich "Tetta" frei und das sollte auch so sein. Stattdessen könntest Du eine weiche "Feder-zu-Basis" (also zur Erde oder so  ) definieren, damit MECHANICA statisch rechnen kann.

Der Fuss scheint ansonsten keine Rolle zu spielen, bei ihm wird bei Deiner Einspannung die Fliekraft nichts auswirken.

Gruß Paul

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Hallo,
um nochmal sicher zu gehen:

Theta muss frei gelagert sein, weil der Rotor in diese Richtung rotiert.
Da das Modell dann jedoch nicht statisch bestimmt ist muss ich mit Hilfe der Feder eine zusätzlich Randbedingung einführen, die jedoch keine Auswirkung auf das Modell haben soll (deshalb weiche Feder).
Richtig?
Wo genau bringe ich die Feder an?

Und nochmals Danke, dass du dir die Zeit nimmst mir zu hlefen. Du hast mir schon echt weiter geholfen 

Gruß Stefan

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Hallo,

genau so,

die Feder-zu-Basis würde ich an einem beliebigen unwichtigen Punkt einer beliebigen Kante des Fußes ansetzen, die (Kante) aber nicht zur zyklischen Symmetrie (angeklickte Flächen) gehört.

Gruß Paul

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Schaufel_5.jpg

Hallo,

habe die Randbedingungen entsprechend gesetzt (siehe Bild). Ich hoffe das ist Richtig

Ich werde die Analyse zum Test im schnelldurchlauf durchführen und die Spannungs- und Verschiebungsergebnisse gleich mal darstellen.

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Schaufel_6.jpg

Hallo Paul,
Hier sind die Ergebnisse der Berechnung (Schnelldurchlauf).

Der Fuss weist eine Verschiebung in Theta-Richtung auf. Die darf er jedoch nicht haben, da infolge der Symmetrie dort die nächsten Schaufeln ansetzen oder hab ich da einen Denkfehler?

Gruß Stefan

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Hallo Stefan,

die zyklische Symmetrie sperrt die Drehrichtung nicht. Also kann sich der Rotor natürlich drehen. Die weiche Feder-zu-Basis versucht, dies zu verhindern. Die Randbedingung für R ist allerdings unglücklich gewählt, oder Du schließt entsprechende Störgeometrieen aus der Konvergenz aus.

Gruß Paul

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Hallo Paul,
an der Randbedingung für R kann ich wohl nichts ändern, da dort die Schaufel an der Schaulnut anliegt.

Das einzige, das mir nicht in den Kopf geht ist, warum eine Verschiebung des Fusses in Theta-Richtung stattfindet.
Das er das berechnet ist mir klar, da die Zyklische Symmetrie eine Rotation nicht ausschließt, aber sind die Randbedingungen richtig gewählt?
Meines erachtens darf der Schaufelfuss keine Verschiebung in Theta-Richtung haben, da dort die anderen Schaufeln ansetzen und die Verschiebung theoretisch verhindern oder?

Entschuldigung wenn ich dich nerve, aber es ist für mich sehr wichtig den Zusammenhang zu verstehe.

Gruß
Stefan

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Hallo Stefan,

wenn die Randbedingung bleiben soll, dann unbedingt Störflächen aus der Konvergenz ausschließen, sonst konzentriert sich die Software beim Rechnen auf völlig irrelevante Bereiche.

Die zyklische Symmetrie ist z.B. für folgende Fälle gedacht: Welle mit Schaufeln wird verdrillt (die Stirnseite an einem Ende fest, das andere Ende mit Schaufeln und Drehmoment [Kraft pro Schaufel] frei), die zyklische Symmetrie läßt soetwas zu. Ansonsten hätte man die ganze Welle samt aller Schaufeln rechnen müssen.

Zur Zeit bewegt sich der Fuss um 2-3 Zehntel mm. Die Steifigkeit der Feder von 1 N/mm bedeutet doch, das eine Kraft von 1 N die Verschiebung um 1 mm hervorruft. Setze mal 10 N/mm, vielleicht stört Dich dann die Verdrehung des Fusses weniger? Die Nachbarn stört das recht wenig, die drehen sich einfach mit 

Gruß Paul

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Hallo Paul

Ok hab verstanden, warum die zyklische-Symmetrie die Verschiebung um Theta zulässt.

Um diese im vorliegenden Fall zu unterbinden muss eine weiche Feder-zu-Basis eingefügt werden.

Aber wäre es nicht das gleiche, wenn ich eine der Flächen die Verschiebung in Theta-Richtung untersagt hätte?

Gruß Stefan

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Hallo Paul,

kannst du mir Übungsmaterial oder allgemein Literatur zu Pro/Mechanica empfehlen.

Und wie kann ich Störflächen aus der Konvergenz ausschließen?

Gruß Stefan

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Hallo Stefan,

wenn anstatt der zyklischen Symmetrie 2x (an den gleichen Flächen) die Tetta-Richtung gesperrt wird, dann wäre das eine gewöhnliche "Kuchenstück"-Symmetrie. D.h. die Schaufel sieht sich im Spiegelbild, egal ob nach rechts oder nach links geschaut. Das ist aber nicht so. Ob in der Praxis kaum Unterschied da wäre, musst Du auch nachweisen/begründen, falls Dich der Prof. dazu fragt. Die "Kuchenstück"-Symmetrie ist einfacher zu handhaben, keine Feder-zu-Basis erforderlich.

Für neue Fragen wäre ein neuer Beitrag besser.

Gruß Paul

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Hallo ToTacheles,

ich hab mal ein paar fragen

du hast bei dem Modell Propellerblatt auf die Schaufel eine kraft von 10 N gelegt.
woher kennst du die Fluid-Strukturinteraktion bzw. die sich durch die Strömung ergebene Kraft?

Bei der Dynamischen Frequenzanalyse hast du als Lastsatz nur diese Kraft angegeben. Hättest du nicht auch die Zentrifugallast angeben müssen, da diese ebenso eine Erregung darstellt?

MfG
Mettbrötchen

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Hallo,

das Beispiel mit dem Propeller sucht die Resonanz im Bereich der Drehdämpfung. Bei Deiner Schaufel legst Du eine Betriebsdrehzahl fest, ermittelst die Eigenfrequenzen (vorgespannt), dann rechnest Du bei der festgelegten Frequenz, also an einer Stelle, eine dynamische Frequenzanalyse. Lasten sind die Fliehkraft und sowas wie quadratischer Luftwiderstand oder so. Keine Ahnung, vielleicht liefert die Kraft eine Strömungsanalyse.

Gruß Paul

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Nachtrag: Die Eigenfrequenzen sind in Deinem Fall drehzahlabhängig, darum soll die dynamische Frequenzanalyse über einen eng begrenzten Frequenzbereich ("an einer Stelle") gerechnet werden.

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