تعيين حساسيت رفتار ديناميكي روتور به تلرانس‌هاي توليد با استفاده از تحليل حساسيت كلي و روش آماري

Sensitivity Analysis of Rotor Dynamic Behavior to Manufacturing Tolerances Based on Global Sensitivity Analysis and Statistical Methods

عدم قطعيت در پارامترها سبب مي‌گردد تا سازه‌هاي با شرايط نامي يكسان داراي مقادير متفاوت فركانس‌هاي طبيعي و پاسخ ارتعاشي باشند. علي‌رغم اهميت مساله ارتعاشات در توربوماشين‌ها به دليل ماهيت دوراني آن‌ها و لزوم تعيين دقيق سرعت‌هاي بحراني در اين سيستم‌ها، تاكنون در زمينه بررسي حساسيت رفتار ارتعاشي سيستم‌هاي دوار به عدم قطعيت پارامترها مطالعه و بررسي كافي انجام نشده است. در اين مقاله حساسيت كلي سرعت‌هاي بحراني يك كمپرسور صنعتي نسبت به پارامترهاي طراحي آن محاسبه شده است. همچنين نشان داده شده است كه استفاده از روش مشتق‌گيري به عنوان روشي متداول در مراجع، تنها حساسيت محلي پارامتر را نشان مي‌دهد و جهت درنظرگرفتن درجه اهميت يك پارامتر بر روي خروجي مدل، بايد حساسيت كلي پارامتر مورد بررسي قرار گيرد. در اين بررسي، يك چهارچوب كلي جهت بررسي حساسيت سيستم‌هاي دوار صنعتي بر اساس روش تحليل حساسيت كلي و تجزيه وردايي سوبول با به كارگيري روش مونت كارلو، ارائه شده است. در اين روش عدم قطعيت موجود در پاسخ سيستم به عدم قطعيت پارامترهاي آن به صورت كمي نسبت داده شده است و تحليلي كمي را در كنار پيش بيني‌هاي كيفي در اختيار قرار مي‌دهد. روش ارائه شده در طراحي ماشين دوار مي‌تواند براي تدوين دستورالعمل‌هاي تلرانس‌گذاري اجزا سيستم مورد نظر مفيد مي‌باشد.

Engineering structures are inevitably exposed to various sources of uncertainty. The uncertainty in the parameters led to structures with identical nominal parameters having different vibrational behavior, such as different natural frequencies. Therefore, it is inevitable to consider parameter variability for a robust design. The rotational motion of turbomachinery makes vibration an important issue in their design. Therefore, it is essential to accurately determine the vibrational behavior of rotating systems and the parameters affecting them. No comprehensive experimental study is reported on the sensitivity of vibration behavior of industrial rotating systems to parameter uncertainty in the related literature. Therefore, in this paper, a powerful method of global sensitivity analysis based on variance analysis is presented using an industrial compressor sample to determine the effective parameters in its response uncertainty. The Monte Carlo simulation method is adopted to implement the global sensitivity analysis method. In this method, the uncertainty in the system response quantifiably devotes itself to the uncertainty of its parameters and provides a quantitative analysis along with qualitative predictions to the designer. The presented method in this paper can be very useful in designing rotating machinery and identifying sensitive parameters on the system response for the codification of design and manufacturing instructions, like component tolerance.