Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Abstract

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

The objective of the work was to find out the suitability of commercial dynamics simulation software for the analysis of the rotor dynamics. The used software was ADAMS. The work concentrated especially on the modeling of the non-idealities which affect the dynamics of the rotor. To ensure the validity of the simulation results, the theoretical results were compared with those obtained by measuring the real structure. Furthermore, the theory of the general purpose dynamics simulation software and the special software of rotor dynamics were compared. The examined rotor was the tube roll of a paper machine. The flexibility of the roll was modeled using modal flexibility. Thickness variation of the jacket of the roll, which affects the mass and stiffness distribution, was modeled in the finite element model in ANSYS. The impulses which come from the support of the roller were modeled in dynamics simulation software. The results indicate that the used method was suitable for an analysis of the rotor dynamics and for the modeling of the non-idealities of the rotor. With the simulation model the sub-harmonic rotational frequencies were retrieved and the critical speed of the roller corresponded well to the measured results.