Finite-Elemente-Simulationen in der Rotordynamik

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ATE Antriebstechnik und Entwicklungs GmbH & Co. KG

Wahl des Bezugsystems

Die klassische Rotordynamik kennt grundsätzlich zwei Bezugsysteme: Das ruhende Bezugsystem und das mitrotierende Bezugsystem. In ANSYS können Analysen in beiden Bezugsystemen durchgeführt werden. Da allerdings Messungen in der Regel nur im ruhenden Bezugsystem durchgeführt werden, werden Finite-Elemente-Analysen ebenfalls nahezu ausschließlich im ruhenden Bezugsystem durchgeführt. Die Umrechnung der Ergebnisse von einem Bezugsystem in das andere Bezugsystem ist zudem kompliziert und hängt vom Modell selbst ab.

Steht das Modell still, so existiert kein Unterschied zwischen den Lösungen in beiden Systemen. Bei einem rotierenden System ohne nennenswerte gyroskopische Effekte kann die Eigenfrequenz bei einer bestimmten Drehzahl im ruhenden System ermittelt werden, indem zunächst die Eigenform im mit rotierenden System analysiert wird.

Handelt es sich um eine gegenläufig rotierende Biegeeigenform (BW), so ergibt sich die Frequenz im ruhenden Bezugsystem durch Addition der Drehzahl zur Eigenfrequenz, im anderen Fall (FW) durch Abzug der Drehzahl von der Eigenfrequenz. Sind die gyroskopischen Effekte im System dominant (starre Kreiselscheibe auf einer masselosen flexiblen Welle), so sind die Eigenfrequenzen im mit rotierenden und im ruhenden Bezugsystem gleich. In realen Rotoren ist der gyroskopische Effekt weder vernachlässigbar klein noch ist er dominant gegenüber allen anderen drehzahlabhängigen Effekten. Es existiert daher für reale Rotoren keine einfache

Umrechnungsvorschrift, um vom mit rotierenden in das ruhende Bezugsystem umzurechnen. Es wird empfohlen, rotordynamische Analysen grundsätzlich im ruhenden Bezugsystem durchzuführen, es sei denn, die Aufgabenstellung erzwingt eine Berechnung im mit rotierenden Bezugsystem. (hö)

* Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Schönborn, Berechnungsingenieur im ANSYS Seminar und Support-Team, CADFEM GmbH, Leinfelden-Echterdingen bei Stuttgart

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