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Hallo Forengemeinde,

ich habe mal eine Frage zur Modalanalyse.
ich muss die Eigenfrequenzen einer Welle ermitteln.
Die einfache Modalanalyse (ohne Lastsatz) wird dafür, wegen des Versteifungseffekt aufgrund der Fliehkraft sowie des Eigengewichts wohl nicht ausreichen.

ich werde eine Vorspannungsanalyse durchführen müssen.

Nun hab ich eben gelesen, dass die ersten 6 Eigenmoden in Pro/Mechanica Starrkörpermoden darstellen.

Gilt das generell für alle Modalanalysen mit Pro/Mechanica (trotz Angabe des Randbedingungssatzes)?

Und ich habe noch eine weitere Frage zu den Randbedingungen bzw. der Lagerung:

Die Welle ist mit einem Radiallager und einem Radial/Axiallager gelagert, d.h. an der einen Stelle ist die Verschiebung in radialer Richtung  und an der anderen Stelle ist die Verschiebung in radialer und axialer Richtung unterbunden.
Die Verschiebung in Theta-Richtung ist an beiden Stellen möglich bzw. frei
Das wiederum bedeutet, dass das Modell statisch nicht bestimmt ist.
Meine Frage lautet: Muss ich, damit das Modell statisch bestimmt ist noch eine weiche Ferder-zu-Basis einfügen, und wenn ja an welche Stelle?
Oder reicht es die Theta-Richtung an einer der beiden Stellen zu sperren?

Gruß Stefan

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Hallo,

- MECHANICA rechnet genauso wie alle anderen Programme, wenn also das Modell komplett ohne Randbedingungen gerechnet wird, sind die ersten 6 Eigenfrequenzen=Starrkörperverschiebungen (3 Drehungen und 3 Verschiebungen): Eigenfrequenz=0. Diese Analyseart ist für Dich unbrauchbar.

- Die Welle zu lagern ist auch eine Aufgabe für sich  .
Was möchtest Du? Die Welle mit Schaufeln rechnen oder nur eine Schaufel samt Fuss? Nach Deiner bisherigen Beschreibung lagerst Du wie schon in vorigen Beiträgen erläutert, es bleibt nur der Drehungsfreihaitsgrad, den Du mittels "Feder-zu-Basis" abfängst. Theoretisch wäre nun die erste Eigenfrequenz 0, erst die zweite könnte man auswerten. Die Feder hat jedoch irgendeine Stifigkeit, d.h. die erste berechnete Eigenfrequenz beträgt nicht genau 0, sondern z.B. 10 Hz, für Dich sind es aber 0. Erst ab der zweiten Eigenfrequenz wird es interessant. Die gesamt Vorgehensweise (sogar mit Resonanz) ist im Part "Propeller" hinterlegt.

Gruß Paul

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Hallo,

nein im vorliegenden Fall möchte ich nur die Eigenfrequenz der Welle (ohne Schaufeln) bestimmen. Ich will die komplette Welle (d.h. ohne Symmetrie Rechnen. Wie bereits beschrieben besitzt sie ein radial und ein radial-axial Lager ledglich die Drehbewegung ist frei.

Muss ich diese wieder mit einer Feder zu Basis fixieren?

Gruß
Stefan

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Hallo Stefan,

dann würde ich die Welle sogar als Balken (geht natürlich auch als Volumen) definieren, Drehung freilassen (also so wie in Realität) dann bei der Modalanalyse die Option "mit Starrkörperbewegungssuche" aktivieren. Damit kann MECHANICA statisch nicht vollständig eingespannte Systeme rechnen.

Gruß Paul

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ok aber wie kann ich die statische analyse durchführen (die ich für die Vorspannungsanalyse (Modal)) benötige. Und welche Eigenfrequenzen sind bei der Starkörperbewegungssuche auszuschließen?

Gruß
Stefan

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Zitat:

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Original erstellt von Mettbrötchen:

...im vorliegenden Fall möchte ich nur die Eigenfrequenz der Welle (ohne Schaufeln) bestimmen. Ich will die komplette Welle (d.h. ohne Symmetrie Rechnen...

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Hallo Stefan,

nun bin ich etwas verwirrt. Wenn Du die ganze Welle ohne Schaufeln rechnen möchtest, wozu denn die Vorspannung???

Am sinnvollsten wäre zunächst eine Prinzipsskizze des Modells.

Hat es mit dem "Propeller" geklappt? Dort sind folgende Analysen gespeichert:
- einfache Modalanalyse ohne Vorspannung (nur zur Information)
- statische Analyse unter Fliehkraft
- vorgespannte Modalanalyse aufbauend auf der vorherigen, statischen Analyse (=> Unterschiede bei Eigenfrequenzen)
- dynamische Frequenzanalyse (aufbauend auf der vorgespannten modalanalyse) mit Resonanzeffekt

Gruß Paul

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Hallo Stefan,

was für Lagerung hast du vorgesehen?

Schrägkugellager als fest verspannte "O" Anordnung vorn, hinten Rillenkugellager?

Gruß

Micha

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Welle1.JPG

hallo ich will (nur) die Eigenfrequenzen der Welle bestimmen.
infolge der Drehdämpfung unter Zentrifugallast ergeben sich andere Eigenfrequenzen, als im unbelasteten Zustand.
Deshalb muss ich eine Vorspannungsanalyse durchführen damit ich den Lastsatz (bzw. die statische Analyse) bei der Modalanalyse mit einbinden kann.
Dazu benötige ich wiederum die statische Analyse, oder?
Die kann aber wiederum nur durchgeführt werden, wenn die Welle statisch bestimmt ist.

Deshalb meine Frage: wie soll ich vorgehen? ich muss die Eigenfrequenzen ermitteln damit die Welle nicht in Resonanz gefahren wird.

das dargestellte bild ist nur eine Prinzipskizze.

Gruß Stefan

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Hallo Micha,

es werden spezielle Gleitlager verwendet.

Gruß Stefan

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welle_prinzip_steif.zip

Hallo Stefan,

OK, anbei eine 3D-Welle (das Modell des Propellers möchtest Du wohl nicht nutzen), absolut steif gelagert, ohne Symmetrieausnutzung.

Das wird mit Deiner evtl. angestellten analytischen Rechnung selbstverständlich nicht übereinstimmen.

Du solltest aber auch begreifen, wann eine Drehdämpfung aufgrund einer Fliekraft ins Gewicht fällt, sodass sich die Eigenfrequenzen spürbar ändern (Modell "Propeller").

Gruß Paul

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Danke Paul,
das Modell des Propeller nutz ich natürlich für die Berechnung der Schaufel und ist genau das was ich brauche.
Danke nochmal

Bei der Welle war ich mir nicht so sicher, ob die Drehdämpfung aufgrund der Fliekraft die Eigenfrquenzen spürbar beeinflussen.
Wenn ich dich richtig verstanden habe, ist das bei der Welle wohl nicht der Fall, so dass eine normale Modalanalyse ausreicht, oder?

Die Randbedingungen deiner Welle entsprechen dem, was ich mir gedacht hatte. Danke

Gruß Stefan

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Hallo Stefan,

wenn Du irgendeine math. Software hast, die Dir die Eigenfrequenzen der Welle rechnet, dann würde ich zunächst ein Balkenmodell aufbauen und vergleichen. Erst im zweiten Schritt dann mit dem Volumenmodell arbeiten.

Gruß Paul

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ok

aber warum sollte ich das tun.

Es ist recht schwierig eine sehr komplexe Welle als Balkenmodell aufzubauen und das Volumenmodell muss theoretisch die gleichen Ergebnisse liefern, oder?
Wie kann ich den in Mechanica eine Welle mit mehreren unterschiedlichen Querschnitten, Nuten, etc. als Balkenmodell aufbauen?

Gruß Stefan

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Zitat:

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Original erstellt von Mettbrötchen:
... das Volumenmodell muss theoretisch die gleichen Ergebnisse liefern, oder?
Wie kann ich den in Mechanica eine Welle mit mehreren unterschiedlichen Querschnitten, Nuten, etc. als Balkenmodell aufbauen?
...

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Hallo Stefan,

das Volumenmodell wird überhaupt nicht die identischen/gleichen Ergebnisse liefern. Wie soll denn das gehen? Hast Du tatsächlich die Übungen (meine Signatur) durchgearbeitet?

Ein Balkenmodell liefert die größtmögliche Näherung an das analytische/theoretische Ergebnis. Man wird natürlich keine Nuten, Fasen, Rundungen oder so berücksichtigen, sondern die Welle nur aus den Stücken mit den unterschiedlichen Querschnitten (und evtl. Punktmassen) aufbauen und rechnen. Hier könntest Du locker 3-4 Tage testen. Sobald Dich das Balkenmodell "überzeugt", fängst Du mit dem Volumenmodell an. Wäre mein Vorschlag, falls Deine Fristen dies zulassen 

Gruß Paul

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Hallo Paul,

ja ich hab die Übungen in dem Buch durchgearbeitet.
Mag seien, dass das Balkenmodell die größtmögliche Näherung an das analytische/theoretische Ergebnis liefert.
ich glaub jedoch nicht, das ich die Welle hinreichend genau als Balkenmodell abbilden kann.
Demnach bleibt mir nur die Möglichkeit das Volumenmodell zu verwenden.
Das Problem dabei ist, dass die Struktur- und Eigenfrequenzanalyse nur ein kleiner Teil der Diplomarbeit umfasst.
Eigentlich steht die komplette Konstruktion des Verdichters im Vordergrund. Aufgrund dessen hab ich nicht soviel Zeit mich damit auseinander zu setzen. Ich will bei der Welle lediglich überprüfen, ob wir mit der vorgegebenen Drehzahl im Bereich der Resonanz liegen.

Entschuldigung wenn ich so einige Dinge noch nicht gänzlich Verstanden habe. Ich beschäftige mich erst seit kurzen mit der FE-Methode und Pro/Mechanica. Deshalb hoffe ich, dass Ihr mir bei so einigen (Verständnis)Problemen helfen könnt.

Gruß Stefan

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Hallo Stefan,

das Volumenmodell liefert Dir die größtmögliche Annäherung an die Realität, das ist schon richtig. Wenn Du noch Messungen durchführen könntest, dann wäre das ideal.

Ein letzter wichtiger Punkt: Die Eigenfrequenzen sind entscheidend von der Lagerung abhängig. Diese ist in dem Modell ideal steif, das ist in Realität nicht so. Du berechnest die Eigenfrequenzen folglich zu hoch.

Gruß Paul

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Hallo Paul,

kann ich die Lagerumng anders gestalten, so dass ich die Realität besser wiederspiegeln kann bzw. die Eigenfrequenzen genauer bestimmen kann?

noch eine andere Frage: ich habe gerade eine statische analyse der Welle (Stahl) durchgeführt und kriege bei einem Durchmesser von 230 mm und einer Drehzahl von 175 1/s (1100 rad/s) eine max. Verschiebung von 13 mm (spannung 53 MPa).Das kommt mir etwas zuviel vor oder. Wenn das wahr ist hab ich ein arges Problem mit dem radial-Spalt.

Gruß Stefan

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Hallo Stefan,

eine bessere Lagerung (Modelle zum Teil in diesem Forum vorhanden) ist natürlich möglich, ist jedoch aufwändig. Dafür hast Du offensichtlich keine Zeit mehr oder?

Wir müssten etwas mehr wissen, ein Farbplot der Verformung im Verhältnis 1:1(zumindest ein Ausschnitt wäre gut). Vielleicht ist das die Verdrehung?

Gruß Paul

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Zitat:

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Original erstellt von Mettbrötchen:
kann ich die Lagerumng anders gestalten, so dass ich die Realität besser wiederspiegeln kann bzw. die Eigenfrequenzen genauer bestimmen kann?
Gruß Stefan

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Hallo Stefan,

die Lagerung mit einzubeziehen ist aufwendig.

Du benötigst dafür die Lagersteifigkeit, die du mit abbilden könntest, z.B. über Federelemente.

Weiterhin wäre die Steifigkeit bei Drehzahl zu beachten. Ich gehe jetzt mal von Spindellager aus. Bei Gleitlagern könnten die Steifigkeiten der Lagerung einen geringeren Einfluss haben, durch die flächige Lagerung.

Gruß

Micha

[Diese Nachricht wurde von Micha K. am 26. Okt. 2010 editiert.]

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hallo

das mit der Verschiebung hat sich bereits geklärt (war der Betrag, der nur infolge der Theta-Richtung so groß war [Verschiebung radial= 0,01342 mm).
Habe auch gerade mit meinem Betreuer geredet. Er möchte das ich die Eigenfrequenz so genau wie möglich ermittel.

Also ich bitte Euch um Hilfe.

Gruß
Stefan 

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Zitat:

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Original erstellt von Mettbrötchen:
...Er möchte das ich die Eigenfrequenz so genau wie möglich ermittel...

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Hallo Stefan,

tja, dann sollten die Infos über die "speziellen" Gleitlager her.

Ein vereinfachtes Kugellager ist unter: http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum67/HTML/001487.shtml#000006
zu finden.

Gruß Paul

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Habe leider alle Infos über die Gleitlager an der Uni.
Kann euch morgen mehr darüber sagen.
Welche Infos benötigt ihr den genau?

Gruß
Stefan

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Hallo,

am besten das Datenblatt mit allen Infos darüber.

Wichtig wären auch die Axialsteifigkeit, Radialsteifigkeit und Abmaße der Lagerung. Eventuell wäre auch noch das Lagerspiel interessant.

Gruß

Micha

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