轉(zhuǎn)子動力學(xué)ANSYS案例
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
轉(zhuǎn)子動力學(xué)ANSYS案例的視頻教程
轉(zhuǎn)子動力學(xué)ANSYS案例的實例教程
轉(zhuǎn)子動力學(xué)ansys仿真流程方法
工程中的回轉(zhuǎn)機械，如渦輪機、電機等，在運轉(zhuǎn)時經(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。當(dāng)轉(zhuǎn)速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈振動的特定轉(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)行坎貝爾圖的計算和提取呢？在ANSYS軟件中有三種方法來計算臨界轉(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)量點來計算。
第二種為三維實體方法，建立完整的三維模型，模型是軸對稱模型，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。
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，計算量能夠顯著的減少，加快計算速度，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)置對稱選項，如下圖所示。默認(rèn)的模型不會出現(xiàn)對稱的設(shè)置，需要選中model狀態(tài)下插入對稱、接觸、遠(yuǎn)端點等選項.
設(shè)置好之后在對稱目錄下插入General Axisymmetric，該方法是ANSYS獨有的一種簡化方法，可以使用二維平面表示三維物體，簡化計算量.
表示二維軸對稱的操作方式的選項如下圖所示，設(shè)置坐標(biāo)和對稱軸及平面數(shù)量。
展開 案例14-基于Nelson-Vaugh轉(zhuǎn)子代表模型的軸組件轉(zhuǎn)子動力學(xué)
轉(zhuǎn)子動力學(xué)在確定臨界速度和最終設(shè)計能夠承受極端振動的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)中扮演重要的地位。本案例演示了使用Nelson-Vaugh轉(zhuǎn)子模型的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析應(yīng)用。
使用3D實體模型的2D軸對稱代表模型來做轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析。2D軸對稱模型的分析結(jié)果與全3D模型的結(jié)果進(jìn)行對比。
主要演示了下列概念和技術(shù)：
? 3D幾何體的軸諧網(wǎng)格
? 圓盤和軸承建模
? 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的陀螺效應(yīng)及模態(tài)分析
? 坎貝爾表分析
? 臨界速度的確定
? 非平衡響應(yīng)分析
? 軌道繪制
? 2D軸對稱模型的性能好處
介紹
旋轉(zhuǎn)機械（如蒸汽或燃?xì)廨啓C、渦輪發(fā)電機、內(nèi)燃機、電機和磁盤驅(qū)動器）會產(chǎn)生慣性效應(yīng)，可以對其進(jìn)行分析，以改進(jìn)設(shè)計并降低故障的可能性。旋轉(zhuǎn)設(shè)備設(shè)計的當(dāng)前趨勢聚焦在提高速度，這增加了由振動引起的操作問題。在較高轉(zhuǎn)速下，旋轉(zhuǎn)部件的慣性效應(yīng)必須一致地表示出來，以準(zhǔn)確預(yù)測轉(zhuǎn)子行為。
旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中的慣性效應(yīng)通常是由振動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的精確運動引入的陀螺力矩引起的。隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，作用在轉(zhuǎn)子上的陀螺力矩變得至關(guān)重要。在設(shè)計層面不考慮的慣性效應(yīng)可能導(dǎo)致軸承和支撐結(jié)構(gòu)損壞。為了理解振動轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，考慮軸承剛度、支撐結(jié)構(gòu)柔性和阻尼特性也很重要。
在接下來的章節(jié)中，將詳細(xì)介紹旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的建模細(xì)節(jié)和分析過程。通常情況下，從CAD獲得的3-D模型可直接用于分析；然而，3-D模型會產(chǎn)生大量的節(jié)點和元素模型。該示例演示了如何從三維模型中提取平面二維模型，該模型可以使用更少的節(jié)點和元素進(jìn)行分析。比較了二維和三維模型分析的易用性、準(zhǔn)確性和性能。
模型描述
該問題的模型是Nelson Vaugh轉(zhuǎn)子的三維幾何模型，如下圖所示。
展開 模型
坎貝爾圖
瞬態(tài)分析某點的軌跡圖
附件包括：轉(zhuǎn)子的建模文件zhu1，及轉(zhuǎn)子動力學(xué)模態(tài)、考慮預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)子動力及瞬肪分析的命令流doc文件。
轉(zhuǎn)子是各種轉(zhuǎn)動機械中轉(zhuǎn)動部件的力學(xué)通稱。轉(zhuǎn)子動力學(xué)是一門應(yīng)用性學(xué)科，它研究轉(zhuǎn)子的各種動力學(xué)特性和動力學(xué)現(xiàn)象，是轉(zhuǎn)動機械動力學(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、平衡和穩(wěn)定性的問題，尤其是研究接近或超過臨界轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動問題。轉(zhuǎn)子是渦輪機、電機等旋轉(zhuǎn)式機械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。
轉(zhuǎn)子動力學(xué)的研究內(nèi)容主要有以下5個：
臨界轉(zhuǎn)速
通過臨界轉(zhuǎn)速的狀態(tài)
動力響應(yīng)
動平衡
轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性
常用術(shù)語：
陀螺效應(yīng)——重力對高速旋轉(zhuǎn)中的陀螺產(chǎn)生的對支撐點的力矩不會使其發(fā)生傾倒，而發(fā)生小角度的進(jìn)動。此即陀螺效應(yīng)。一言以蔽之，就是物體轉(zhuǎn)動時的離心力會使自身保持平衡，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知道，陀螺在地上旋轉(zhuǎn)時軸會不斷地扭動，這就是進(jìn)動。 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——轉(zhuǎn)子正常的旋轉(zhuǎn)也包含了渦動的概念。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)，此時轉(zhuǎn)軸的運動實際上是兩種運動的合成。一種是轉(zhuǎn)軸繞其軸線的定軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度就是旋轉(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)運動就是渦動。
臨界轉(zhuǎn)速——轉(zhuǎn)動系統(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)動時，會出現(xiàn)橫向干擾，在某些轉(zhuǎn)速下還會引起系統(tǒng)強烈振動，出現(xiàn)這種情況時的轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時橫向振動的固有頻率相同，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)。對于具有有限個集中質(zhì)量的離散轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，臨界轉(zhuǎn)速的數(shù)目等于集中質(zhì)量的個數(shù)；對于質(zhì)量連續(xù)分布的彈性轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，臨界轉(zhuǎn)速有無窮多個。
展開 Cyclic symmetry model
案例：Samcef轉(zhuǎn)子動力學(xué)周期對稱性模型建模
通過本案例學(xué)習(xí)，主要掌握在samcef中對于周期對稱性的模型能夠利用簡便方法快速建模分析。案例使用的完整模型為一個關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對稱的圓盤轉(zhuǎn)子，建模時只需要對其中15度的扇形區(qū)域進(jìn)行建模，然后其24倍的對稱模型就能形成完整圓盤轉(zhuǎn)子。另外，在samcef中可以完成更為復(fù)雜的對稱模型建模，稱為“multi-stage cyclic symmetry”。
通過對15度扇形區(qū)域設(shè)置材料屬性，網(wǎng)格劃分，可以得到扇形區(qū)域的有限元模型。在對零界轉(zhuǎn)速求解計算時，只需要在epilogue中輸入一定的命令行，就可以對整個圓盤轉(zhuǎn)子進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速分析。如下圖，“We can see that the solver detected 69216 degrees offreedom. As we remember the real 3D structure is made of 24 times thiselementary sector, this means that we are calculating here in a few seconds (53on our computer) a structure corresponding to around 700000 degrees of freedom!!”
具體操作文檔見附件。操作視頻：
http://v.youku.com/v_show/id_XODk4OTY3Nzc2.html
sector.zip
展開 
轉(zhuǎn)子動力學(xué)ANSYS案例的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
轉(zhuǎn)子動力學(xué)ANSYS案例的最新內(nèi)容
精通OpenFOAM中的拉格朗日粒子動力學(xué)-全套案例-中文字幕（srt）
精通OpenFOAM中的拉格朗日粒子動力學(xué) | Mastering Lagrangian Particle Dynamics In Openfoam
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz
語言：英語 | 大小：2.50 GB | 時長：2小時
凸輪從動件運動分析（附帶完整建模、計算、前后處理腳本命令）。
一 瞬態(tài)動力學(xué)分析（凸輪從動件運動）
一對心直動尖底從動件盤形凸輪機構(gòu)，從動件位移s隨時間的變化，模型示意圖如圖所示。
1.選擇單元和材料屬性：
/clear,start
!清除內(nèi)容并從新開始
/prep7
!進(jìn)入前處理
!==
?? 新案例研究：Mercedes-AMG
Mercedes-AMG GmbH 如何在縮短開發(fā)周期與日益復(fù)雜的車輛和系統(tǒng)之間取得平衡？
在我們最新的案例研究中，梅賽德斯-AMG分享了其基于VI-grade解決方案的虛擬驗證計劃，如何通過先進(jìn)的實時仿真徹底改變車輛動力學(xué)的發(fā)展。
該項目的核心是AMG虛擬車庫，這是一個集中的云平臺框架，能夠?qū)崿F(xiàn)跨車型的一致、實時模擬。結(jié)合動態(tài)模型配置、聯(lián)合仿真和具備實時能力的輪胎模型
?? 新案例研究：Mercedes-AMG
Mercedes-AMG GmbH 如何在縮短開發(fā)周期與日益復(fù)雜的車輛和系統(tǒng)之間取得平衡？
在我們最新的案例研究中，梅賽德斯-AMG分享了其基于VI-grade解決方案的虛擬驗證計劃，如何通過先進(jìn)的實時仿真徹底改變車輛動力學(xué)的發(fā)展。
該項目的核心是AMG虛擬車庫，這是一個集中的云平臺框架，能夠?qū)崿F(xiàn)跨車型的一致、實時模擬。結(jié)合動態(tài)模型配置、聯(lián)合仿真和具備實時能力的輪胎模型
汽水易拉罐壓碎仿真模擬
一、案例概述
1.1 案例目的
本案例旨在幫助學(xué)習(xí)者掌握利用Abaqus顯示動力學(xué)模塊模擬臺球撞擊過程的完整流程，包括幾何建模、材料定義、接觸設(shè)置、分析步參數(shù)配置、網(wǎng)格劃分及結(jié)果后處理等核心操作。通過本案例的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者能夠深入理解顯示動力學(xué)在解決瞬態(tài)撞擊問題中的應(yīng)用原理，掌握撞擊過程中速度、應(yīng)力、接觸力等關(guān)鍵物理量的提取與分析方法。
1.2 問題描述
模擬“球桿撞擊臺球-臺球正碰
[圖片]
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)電路板的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)電路板跌落非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)電路板跌落顯示動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)電路板跌落顯示動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)混凝土的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)混凝土碰撞非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)混凝土碰撞顯示動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)混凝土碰撞顯示動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)易拉罐的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)易拉罐壓縮非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)易拉罐壓縮顯示動力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)易拉罐壓縮顯示動力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS
