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Tensioni di un rotore in campo lineare elastico

train wheel

Analisi delle tensioni di un rotore sollecitato in campo lineare elastico da una distribuzione di tensione al raggio interno ed al raggio esterno, soggetto al campo centrifugo ed al campo termico.

geometria rotore

Le dimensioni del mozzo e della corona sono stabilite. Il profilo del disco varia con una legge iperbolica. Lo studio è stato affrontato sia da un punto di vista analitico, risolvendo le equazioni generali del disco, che da un punto di vista numerico, mediante il metodo di Manson. Il metodo di Manson si basa sulla scrittura delle equazioni di equilibrio e di congruenza mediante il metodo alle differenze finite implicito. Il rotore viene quindi discretizzato in n tronchi ed n+1 raggi. In entrambi i casi è stato utilizzato il software Matlab.

profilo rotore

Il rotore ha una velocità di rotazione pari a n = 6000 giri/min. Un campo termico è applicato al rotore tale che la differenza di temperatura tra il raggio esterno ed interno del disco è di 100 K. La temperatura sull’asse è pari a 293.15 K. Ai fini del calcolo analitico dello stato tensionale e degli spostamenti il rotore è schematizzato come tre differenti dischi. Il mozzo e la corona sono considerati come dischi forati di spessore costante. Il disco viene studiato come disco forato di profilo iperbolico. A tal fine è necessario garantire l’equilibrio e la congruenza di tutte le parti. È stato stimato il valore dell’interferenza presente tra albero e disco in condizioni operative e di montaggio. Si è verificato che le tensioni presenti siano inferiori a quella ammissibile. Il momento torcente risulta pari a 4343 Nm.

Tensioni di un rotore lineare

tensioni equivalenti rotore

Confrontando le tensioni di un rotore con quelli ottenuti per via analitica si ottiene uno scarto percentuale massimo del 4% sulle tensioni circonferenziali e del 2% su quelle radiali. La procedura numerica utilizzata è quindi valida in quanto comparata con la soluzione analitica. La verifica di resistenza in funzionamento ha dato esito positivo in quanto la tensione secondo il criterio di Von Mises, risulta sempre inferiore alla tensione ammissibile. In funzione della pressione residua è stata valutata l’interferenza relativa all’accoppiamento forzato tra albero e rotore. Infine è stato verificato che lo stato tensionale dovuto al forzamento si mantenga inferiore alla tensione ammissibile.

Clicca qui sotto per scaricare la relazione completa del progetto.

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