ansys轉(zhuǎn)子動(dòng)力 博客
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
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基于ANSYS的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的仿真分析計(jì)算
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轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)ansys仿真流程方法
工程中的回轉(zhuǎn)機(jī)械，如渦輪機(jī)、電機(jī)等，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常由于轉(zhuǎn)軸的彈性轉(zhuǎn)子偏心而發(fā)生橫向彎曲振動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速增至某個(gè)特定值時(shí)，振幅會(huì)突然加大，振動(dòng)異常激烈，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過這個(gè)特定值時(shí)，振幅又會(huì)很快減小。使轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈振動(dòng)的特定轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。工程師要做的就是查找轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，從而將系統(tǒng)修改轉(zhuǎn)速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉(zhuǎn)速。
要獲取臨界轉(zhuǎn)速，那么ansys軟件就可以根據(jù)模型來計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速。理論狀態(tài)下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括：轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸上的圓盤、兩側(cè)軸承以及不平衡的質(zhì)量，如圖所示。
那么如何進(jìn)行坎貝爾圖的計(jì)算和提取呢？在ANSYS軟件中有三種方法來計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速，如下所示：
第一種為梁單元方法，建立一根軸線，不同的位置給定不同的半徑和質(zhì)量點(diǎn)來計(jì)算。
第二種為三維實(shí)體方法，建立完整的三維模型，模型是軸對(duì)稱模型，所以默認(rèn)的模型是完全的不偏心的，所以需要添加偏心的質(zhì)量點(diǎn)。
第三種為ANSYS workbench中新功能，概念模型，建立二維的截面模型來代替三維模型，計(jì)算量能夠顯著的減少，加快計(jì)算速度，但是結(jié)果并沒有差別。
本次流程以第三種方式來展示仿真分析的流程方法，基本操作過程三種近似相同。分析模塊是采用模態(tài)分析來進(jìn)行的。
1.模型的建立
首先要將三維模型進(jìn)行處理，將三維模型切割，提取中間的截面，如圖所示。
打開workbench中的模態(tài)分析模塊，設(shè)置對(duì)稱選項(xiàng)，如下圖所示。默認(rèn)的模型不會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱的設(shè)置，需要選中model狀態(tài)下插入對(duì)稱、接觸、遠(yuǎn)端點(diǎn)等選項(xiàng).
設(shè)置好之后在對(duì)稱目錄下插入General Axisymmetric，該方法是ANSYS獨(dú)有的一種簡化方法，可以使用二維平面表示三維物體，簡化計(jì)算量.
表示二維軸對(duì)稱的操作方式的選項(xiàng)如下圖所示，設(shè)置坐標(biāo)和對(duì)稱軸及平面數(shù)量。
展開 轉(zhuǎn)子是各種轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械中轉(zhuǎn)動(dòng)部件的力學(xué)通稱。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)是一門應(yīng)用性學(xué)科，它研究轉(zhuǎn)子的各種動(dòng)力學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題的核心內(nèi)容。主要研究轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動(dòng)、平衡和穩(wěn)定性的問題，尤其是研究接近或超過臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)問題。轉(zhuǎn)子是渦輪機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)式機(jī)械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容主要有以下5個(gè)：
臨界轉(zhuǎn)速
通過臨界轉(zhuǎn)速的狀態(tài)
動(dòng)力響應(yīng)
動(dòng)平衡
轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性
常用術(shù)語：
陀螺效應(yīng)——重力對(duì)高速旋轉(zhuǎn)中的陀螺產(chǎn)生的對(duì)支撐點(diǎn)的力矩不會(huì)使其發(fā)生傾倒，而發(fā)生小角度的進(jìn)動(dòng)。此即陀螺效應(yīng)。一言以蔽之，就是物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力會(huì)使自身保持平衡，重力的作用與離心力相比已變得不值一提了。大家如果玩過陀螺就會(huì)知道，陀螺在地上旋轉(zhuǎn)時(shí)軸會(huì)不斷地扭動(dòng)，這就是進(jìn)動(dòng)。 簡單來說，陀螺效應(yīng)就是旋轉(zhuǎn)的物體有保持其旋轉(zhuǎn)方向（旋轉(zhuǎn)軸的方向）的慣性。
渦動(dòng)——轉(zhuǎn)子正常的旋轉(zhuǎn)也包含了渦動(dòng)的概念。例如在不平衡力矩作用下，轉(zhuǎn)軸發(fā)生撓曲變形，轉(zhuǎn)軸一方面繞其自身軸線自轉(zhuǎn)，另一方面繞靜平衡位置公轉(zhuǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是兩種運(yùn)動(dòng)的合成。一種是轉(zhuǎn)軸繞其軸線的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度就是旋轉(zhuǎn)速度w；另一種則是變形的軸線繞其靜平衡位置的空間回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)角速度仍然是w，后一種的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是渦動(dòng)。
臨界轉(zhuǎn)速——轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子各微段的質(zhì)心不可能嚴(yán)格處于回轉(zhuǎn)軸上，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)橫向干擾，在某些轉(zhuǎn)速下還會(huì)引起系統(tǒng)強(qiáng)烈振動(dòng)，出現(xiàn)這種情況時(shí)的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)橫向振動(dòng)的固有頻率相同，也就是說，臨界轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的彈性和質(zhì)量分布等因素有關(guān)。對(duì)于具有有限個(gè)集中質(zhì)量的離散轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)目等于集中質(zhì)量的個(gè)數(shù)；對(duì)于質(zhì)量連續(xù)分布的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，臨界轉(zhuǎn)速有無窮多個(gè)。
展開 多軸轉(zhuǎn)子模型
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（十）：不平衡激勵(lì)下的啟動(dòng)過程瞬態(tài)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（九）：基于ANSYS Workbench的多軸轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（八）：軸對(duì)稱實(shí)體單元Solid272/Solid273的應(yīng)用
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（七）：帶支承結(jié)構(gòu)的復(fù)雜轉(zhuǎn)子分析
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（六）：考慮預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（五）：隨轉(zhuǎn)速變剛度和變阻尼的模擬
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（四）：不同軸承單元對(duì)比（COMBIN14和COMBI214）
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（三）：不同建模單元對(duì)比（BEAM188與SOLID186）
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（二）：不平衡響應(yīng)分析
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（一）：臨界轉(zhuǎn)速與坎貝爾圖
展開 模型
坎貝爾圖
瞬態(tài)分析某點(diǎn)的軌跡圖
附件包括：轉(zhuǎn)子的建模文件zhu1，及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模態(tài)、考慮預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)子動(dòng)力及瞬肪分析的命令流doc文件。
ansys_rotordynamic_analysis_guide.part2.rar
ansys_rotordynamic_analysis_guide.part1.rar
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ansys轉(zhuǎn)子動(dòng)力 博客的最新內(nèi)容
不平衡響應(yīng)分析在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性分析中非常重要，它提供給我們兩個(gè)信息，一個(gè)是峰值轉(zhuǎn)速的大小，也稱作臨界轉(zhuǎn)速，另一個(gè)信息是過臨界時(shí)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)響應(yīng)。
對(duì)于基于一維梁單元的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)不平衡響應(yīng)，在ANSYS WORKBENCH中一般是使用Harmonic Response模塊進(jìn)行的。不平衡量是通過施加Rotating Force來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)選擇打開科氏效應(yīng)（coriolic effect)時(shí)，
除了一些轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)專業(yè)軟件（比如SAMCEF ROTOR,DYROBES,MADYN2000等）以外，大型綜合軟件比如MSC NASTRAN、ANSYS也可以用于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性計(jì)算，常見的臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)、扭振頻率以及穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性計(jì)算均可計(jì)算。
ANSYS經(jīng)典版本可滿足臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)、扭振頻率以及穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性計(jì)算。一般使用一維模型計(jì)算，比如轉(zhuǎn)子使用BEAM188梁單元，軸承使用combi214
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)ansys仿真流程方法
工程中的回轉(zhuǎn)機(jī)械，如渦輪機(jī)、電機(jī)等，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常由于轉(zhuǎn)軸的彈性轉(zhuǎn)子偏心而發(fā)生橫向彎曲振動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速增至某個(gè)特定值時(shí)，振幅會(huì)突然加大，振動(dòng)異常激烈，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過這個(gè)特定值時(shí)，振幅又會(huì)很快減小。使轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈振動(dòng)的特定轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。工程師要做的就是查找轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，從而將系統(tǒng)修改轉(zhuǎn)速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉(zhuǎn)速。
要獲取臨界轉(zhuǎn)速，那么ansys軟件就可以根據(jù)模型來計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速
在機(jī)械中，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)和平移是最常見的運(yùn)動(dòng)形式，而其中定軸轉(zhuǎn)動(dòng)則出現(xiàn)的頻率更高。
對(duì)于定軸轉(zhuǎn)動(dòng)而言，當(dāng)軸上安裝的齒輪，鏈輪等存在偏心時(shí)，出現(xiàn)動(dòng)反力，導(dǎo)致振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，降低了軸承的壽命。尤其當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速增加接近軸的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，軸可能會(huì)共振而斷裂。因此在機(jī)械設(shè)計(jì)中，這類問題有著重要的地位。
這類問題在力學(xué)中屬于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，ANSYS為之提供了專門的支持。
該命令流為計(jì)算單轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)在加速運(yùn)行過程中，受質(zhì)量不平衡激勵(lì)下的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)?？梢詼?zhǔn)確計(jì)算出在共振轉(zhuǎn)速下的峰值及彎曲應(yīng)變能情況。給出了詳細(xì)的表加載轉(zhuǎn)速和不平衡力的方法，可供參考。
/prep7
! ** parameters
length = 0.4
ro_shaft = 0.01
ro_disk = 0.15
md = 16.47
id = 9.427e-2
ip = 0.1861
多軸轉(zhuǎn)子分析與獨(dú)立轉(zhuǎn)子分析基本相同，需要注意的是提前將各轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)部件用Named selections定義好。 在不同的載荷步，多軸轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比可以改變，但轉(zhuǎn)速隨載荷步為升序。
1. 問題描述
如下圖所示的多軸轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子1和轉(zhuǎn)子2位于XZ平面，轉(zhuǎn)子3與前者不在一個(gè)平面中。各轉(zhuǎn)軸長度和軸徑以及圓盤厚度和半徑等見圖b、圖c，約束與連接如圖a所示。各轉(zhuǎn)子間的轉(zhuǎn)速比為1:3:2，各軸承剛度K11均為
各企事業(yè)單位：
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)作為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分支之一，由于陀螺效應(yīng)，具有其獨(dú)特特性，在高速旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中為不可避免的仿真分析內(nèi)容。本課程基于ANSYS經(jīng)典和Workbench平臺(tái)，為結(jié)構(gòu)分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)專題培訓(xùn)課程。全面系統(tǒng)的講解基于Workbench不同計(jì)算分析模塊完成旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的原理，設(shè)置方法和常見問題的處理措施，并通過實(shí)例強(qiáng)化軟件的使用幫助設(shè)計(jì)人員解決具體的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等計(jì)算分析問題
轉(zhuǎn)子是各種轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械中轉(zhuǎn)動(dòng)部件的力學(xué)通稱。轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)是一門應(yīng)用性學(xué)科，它研究轉(zhuǎn)子的各種動(dòng)力學(xué)特性和動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，是轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械動(dòng)力學(xué)問題的核心內(nèi)容。主要研究轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動(dòng)、平衡和穩(wěn)定性的問題，尤其是研究接近或超過臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)問題。轉(zhuǎn)子是渦輪機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)式機(jī)械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容主要有以下5個(gè)：
臨界轉(zhuǎn)速
通過臨界轉(zhuǎn)速的狀態(tài)
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