Vývoj výpočtového modelu pro analýzu dynamiky rotorových soustav

Abstract

Předložená diplomová práce se zaměřuje na vývoj výpočtového modelu pro analýzu dynamiky rotorových soustav s využitím metody konečných prvků založené na Timošenkově teorii nosníků. Součástí práce je rovněž popis typických dynamických projevů těchto soustav a přístupů k jejich hodnocení. Na základě provedené rešerše byl pro výpočty zvolen balíček ROSS programovacího jazyka Python. V rámci práce byly vytvořeny nové typy výpočtových prvků a nástroje, včetně prvku pro definici nevývahy, pevných podpor potřebných pro stanovení zatížení ložisek na základě statického výpočtu, výpočtu dynamických parametrů ucpávek a výpočtu velikosti přípustné zbytkové nevývahy podle příslušné normy. Výpočtové modely byly ověřeny na konkrétních příkladech rotorových soustav a porovnány s výsledky získanými pomocí běžně používaných výpočtových metod a poskytnutých experimentálních dat. Výsledky ukazují, že vytvořený jednorozměrný model poskytuje konzervativní odhad kritických ohybových otáček se souběžnou precesí s maximální odchylkou do 6% a rovněž konzervativně predikuje amplitudu odezvy na harmonické buzení. Navržený přístup umožňuje rychlou a dostatečně přesnou analýzu dynamiky rotorových soustav při zachování nízké výpočetní náročnosti.

This master’s thesis focuses on the development of a computational model for the analysis of rotor system dynamics using the finite element method based on Timoshenko beam theory. The thesis also includes a description of typical dynamic behaviours of these systems and approaches to their evaluation. Based on the conducted literature review, the ROSS package in the Python programming language was selected for the calculations. As part of the thesis, new types of computational elements and tools were developed, including an element for defining unbalance, fixed supports required for determining bearing loads based on static analysis, the calculation of dynamic parameters of seals, and the calculation of the permissible residual unbalance magnitude according to the relevant standard. The computational models were verified on specific examples of rotor systems and compared with results obtained using commonly used computational methods and provided experimental data. The results show that the developed one-dimensional model provides a conservative estimate of the critical bending speeds with forward precession, with a maximum deviation of up to 6 %, and also conservatively predicts the amplitude of the response to harmonic excitation. The proposed approach enables fast and sufficiently accurate analysis of rotor system dynamics while maintaining low computational demands.