轉子動力學ANSYS案例的案例
轉子動力學ansys仿真流程方法 坎貝爾圖 轉子動力學 臨界轉速 軸承
轉子動力學ansys仿真流程方法
工程中的回轉機械，如渦輪機、電機等，在運轉時經常由于轉軸的彈性轉子偏心而發生橫向彎曲振動。當轉速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉子發生激烈振動的特定轉速稱為臨界轉速。工程師要做的就是查找轉子系統的臨界轉速，從而將系統修改轉速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉速。
要獲取臨界轉速，那么ansys軟件就可以根據模型來計算臨界轉速。理論狀態下轉子系統包括：轉軸、轉軸上的圓盤、兩側軸承以及不平衡的質量，如圖所示。
那么如何進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，所以默認的模型是完全的不偏心的，所以需要添加偏心的質量點。
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分析來進行的。
1.模型的建立
首先要將三維模型進行處理，將三維模型切割，提取中間的截面，如圖所示。
打開workbench中的模態分析模塊，設置對稱選項，如下圖所示。默認的模型不會出現對稱的設置，需要選中model狀態下插入對稱、接觸、遠端點等選項.
設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，設置坐標和對稱軸及平面數量。
展開 案例14-基于Nelson-Vaugh轉子代表模型的軸組件轉子動力學
案例14-基于Nelson-Vaugh轉子代表模型的軸組件轉子動力學
轉子動力學在確定臨界速度和最終設計能夠承受極端振動的轉動結構中扮演重要的地位。本案例演示了使用Nelson-Vaugh轉子模型的轉子動力學分析應用。
使用3D實體模型的2D軸對稱代表模型來做轉子動力學分析。2D軸對稱模型的分析結果與全3D模型的結果進行對比。
主要演示了下列概念和技術：
? 3D幾何體的軸諧網格
? 圓盤和軸承建模
? 旋轉結構中的陀螺效應及模態分析
? 坎貝爾表分析
? 臨界速度的確定
? 非平衡響應分析
? 軌道繪制
? 2D軸對稱模型的性能好處
介紹
旋轉機械（如蒸汽或燃氣輪機、渦輪發電機、內燃機、電機和磁盤驅動器）會產生慣性效應，可以對其進行分析，以改進設計并降低故障的可能性。旋轉設備設計的當前趨勢聚焦在提高速度，這增加了由振動引起的操作問題。在較高轉速下，旋轉部件的慣性效應必須一致地表示出來，以準確預測轉子行為。
旋轉結構中的慣性效應通常是由振動轉子旋轉時的精確運動引入的陀螺力矩引起的。隨著旋轉速度的增加，作用在轉子上的陀螺力矩變得至關重要。在設計層面不考慮的慣性效應可能導致軸承和支撐結構損壞。為了理解振動轉子的穩定性，考慮軸承剛度、支撐結構柔性和阻尼特性也很重要。
在接下來的章節中，將詳細介紹旋轉結構的建模細節和分析過程。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模型會產生大量的節點和元素模型。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點和元素進行分析。比較了二維和三維模型分析的易用性、準確性和性能。
模型描述
該問題的模型是Nelson Vaugh轉子的三維幾何模型，如下圖所示。
展開 基于ANSYS APDL 轉子動力學建模及動力學分析，包括坎貝爾圖，瞬態分析等 ￥15
模型
坎貝爾圖
瞬態分析某點的軌跡圖
附件包括：轉子的建模文件zhu1，及轉子動力學模態、考慮預應力的轉子動力及瞬肪分析的命令流doc文件。
ANSYS Workbench 轉子動力學：單盤轉子臨界轉速
轉子是各種轉動機械中轉動部件的力學通稱。轉子動力學是一門應用性學科，它研究轉子的各種動力學特性和動力學現象，是轉動機械動力學問題的核心內容。主要研究轉子-支承系統在旋轉狀態下的振動、平衡和穩定性的問題，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的橫向振動問題。轉子是渦輪機、電機等旋轉式機械中的主要旋轉部件。
轉子動力學的研究內容主要有以下5個：
臨界轉速
通過臨界轉速的狀態
動力響應
動平衡
轉子穩定性
常用術語：
陀螺效應——重力對高速旋轉中的陀螺產生的對支撐點的力矩不會使其發生傾倒，而發生小角度的進動。此即陀螺效應。一言以蔽之，就是物體轉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，陀螺在地上旋轉時軸會不斷地扭動，這就是進動。 簡單來說，陀螺效應就是旋轉的物體有保持其旋轉方向（旋轉軸的方向）的慣性。
渦動——轉子正常的旋轉也包含了渦動的概念。例如在不平衡力矩作用下，轉軸發生撓曲變形，轉軸一方面繞其自身軸線自轉，另一方面繞靜平衡位置公轉，此時轉軸的運動實際上是兩種運動的合成。一種是轉軸繞其軸線的定軸轉動，轉動角速度就是旋轉速度w；另一種則是變形的軸線繞其靜平衡位置的空間回轉，回轉角速度仍然是w，后一種的回轉運動就是渦動。
臨界轉速——轉動系統中轉子各微段的質心不可能嚴格處于回轉軸上，因此，當轉子轉動時，會出現橫向干擾，在某些轉速下還會引起系統強烈振動，出現這種情況時的轉速就是臨界轉速。臨界轉速和轉子不旋轉時橫向振動的固有頻率相同，也就是說，臨界轉速與轉子的彈性和質量分布等因素有關。對于具有有限個集中質量的離散轉動系統，臨界轉速的數目等于集中質量的個數；對于質量連續分布的彈性轉動系統，臨界轉速有無窮多個。
展開 
轉子動力學系列（九）：基于ANSYS Workbench的多軸轉子臨界轉速 ￥49
多軸轉子模型
轉子動力學系列（十）：不平衡激勵下的啟動過程瞬態轉子動力學分析
轉子動力學系列（九）：基于ANSYS Workbench的多軸轉子臨界轉速
轉子動力學系列（八）：軸對稱實體單元Solid272/Solid273的應用
轉子動力學系列（七）：帶支承結構的復雜轉子分析
轉子動力學系列（六）：考慮預應力的轉子動力學分析
轉子動力學系列（五）：隨轉速變剛度和變阻尼的模擬
轉子動力學系列（四）：不同軸承單元對比（COMBIN14和COMBI214）
轉子動力學系列（三）：不同建模單元對比（BEAM188與SOLID186）
轉子動力學系列（二）：不平衡響應分析
轉子動力學系列（一）：臨界轉速與坎貝爾圖
展開 案例：Samcef轉子動力學周期對稱性模型建模
Cyclic symmetry model
案例：Samcef轉子動力學周期對稱性模型建模
通過本案例學習，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于旋轉軸對稱的圓盤轉子，建模時只需要對其中15度的扇形區域進行建模，然后其24倍的對稱模型就能形成完整圓盤轉子。另外，在samcef中可以完成更為復雜的對稱模型建模，稱為“multi-stage cyclic symmetry”。
通過對15度扇形區域設置材料屬性，網格劃分，可以得到扇形區域的有限元模型。在對零界轉速求解計算時，只需要在epilogue中輸入一定的命令行，就可以對整個圓盤轉子進行臨界轉速分析。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 SAMCEF 轉子動力學仿真案例（一維二維三維）
轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。SAMCEF FOR ROTOR是專業的轉子動力學分析軟件，在航空發動機設計分析領域有著廣泛應用，是世界范圍內著名的商用轉子動力學軟件，包含多種轉子模型的定義。
1.一維模型梁—剛性盤—彈簧模型
轉子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質量單元模擬。這種模型計算速度快，適用于有大量設計參數需要進行調整的初步分析。
2. 二維模型傅里葉多諧波軸對稱模型
轉子采用2D 傅里葉多諧波單元模擬，可準確描述結構的軸向變形、扭轉變形和彎曲變形。這種模型適合對轉子結構創建更精細的計算分析模型及葉片數量較大的轉子模型。
3. 三維模型（多級）循環對稱模型或3D 模型
轉子采用3D 有限元實體單元模擬，可以更詳細、更精確的描述發動機的幾何特性。適用于結構彎扭振動耦合作用明顯時或者葉輪、風扇等較復雜的幾何模型。
這里有SAMCEF轉子動力學建模實例，包括1維/2維/3維模型，
SAMTECH 公司是世界著名的有限元軟件S A M C E F 的開發商及供應商，成立于1986年，專注于機械系統仿真、數值分析和多學科優化等領域。30年來，SAMTECH憑借強大的技術實力、專業的技術團隊及完善的服務體系贏得了全球眾多用戶的青睞。轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。SAMCEF FOR ROTOR是專業的轉子動力學分析軟件，在航空發動機設計分析領域有著廣泛應用，是世界范圍內著名的商用轉子動力學軟件，包含多種轉子模型的定義。
1.一維模型梁—剛性盤—彈簧模型
轉子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質量單元模擬。
展開 案例分享 | 如何提升飛機發動機-轉子動力學分析效率？
新的航空發動機結構設計會帶來無法預知的、復雜的動力學特性，這需要先進的仿真技術來確保仿真結果的精度。
作為原生的、最受信賴的FEA求解器，MSC Nastran 在各個主要的航空航天公司均得到廣泛應用。MSC Nastran提供了高精度的、高可靠性的轉子動力學解決方案，用于計算評估旋轉機械的特性。
由于零件的復雜性，對旋轉部件的建模方法受多個因素的影響。
例如，可用的計算資源、所需的精度以及用于描述轉子幾何形狀的單元類型。
傳統方法（參考文獻1）是對模型的簡化表示，采用一維梁單元對軸進行建模
，采用質量點對轉盤進行建模（圖1）
。
盡管這種建模方式在建模和計算精度、對大尺寸柔性轉盤特性的捕捉、對復雜結構轉子的準確描述等方面有局限性，但這種方法在目前工業界仍然很常見。
圖1.目前正在使用轉子動力學結構建模的四種方式
普惠公司（Pratt and Whitney）最近采用一種更好的方法對大型發動機模型進行分析。這種方法采用高精度的二維軸對稱諧波單元和三維殼單元以及實體單元進行建模。盡管在計算上取得了驚人的進步，但是有限元轉子模型的規模仍然非常大。例如，當從傳統的一維轉子模型轉換為全三維轉子模型后，模型的規?？赡茉黾尤齻€數量級。即使使用現代的計算技術，求解線性轉子動力學模型所需的時間也可能長達數小時，甚至數天（見表1）。此外，詳細的轉子動力學研究通常涵蓋一系列分析類型，例如穩定性分析（復特征值分析）、定量的不平衡載荷分析（頻率響應分析）以及軸承/阻尼器的性能評估（非線性瞬態響應分析）等。
展開 轉子動力學系列（六）：考慮預應力的轉子動力學分析 ￥29
具體命令流如下：
轉子動力學系列（十）：不平衡激勵下的啟動過程瞬態轉子動力學分析
轉子動力學系列（九）：基于ANSYS Workbench的多軸轉子臨界轉速
轉子動力學系列（八）：軸對稱實體單元Solid272/Solid273的應用
轉子動力學系列（七）：帶支承結構的復雜轉子分析
轉子動力學系列（六）：考慮預應力的轉子動力學分析
轉子動力學系列（五）：隨轉速變剛度和變阻尼的模擬
轉子動力學系列（四）：不同軸承單元對比（COMBIN14和COMBI214）
轉子動力學系列（三）：不同建模單元對比（BEAM188與SOLID186）
轉子動力學系列（二）：不平衡響應分析
轉子動力學系列（一）：臨界轉速與坎貝爾圖
展開 轉子動力學 | 模態分析 附轉子動力學鐘一諤下載
旋轉和靜止部件之間的接觸
下載地址：轉子動力學鐘一諤下載
轉子動力學的簡介及其發展 附轉子動力學顧家柳下載
由于解析法只適用于一些特殊的力學模型，而工程實際中的轉子系統通常結構復雜，響應的動力學方程無法求得精確的解析解，很多學者開始致力于這方面的研究，于是各種近似方法相繼提出。當今轉子動力學研究以傳遞矩陣法和有限元法為主，而且隨著計算機軟件的發展，Matlab、Ansys等工程軟件應用于轉子動力學，更進一步促進了轉子動力學的發展。
對簡單離散轉子系統的分析，大多是基于理論力學的分析方法；而對復雜轉子系統，則多用傳遞矩陣法和有限元法。傳遞矩陣法在50年代中期被應用于轉子系統的分析和臨界轉速計算，直到現在仍然是轉子動力學的主要分析手段之一。這一方法的優缺點如下：
優點：矩陣的階數不隨系統的自由度數增大而增加，因而編程簡單、內存用量小、運算速度快，特別適用于像轉子這樣的鏈式系統。
缺點：在考慮支承系統等轉子周圍結構時，分析較困難。有限元法的表達式簡單、規范，特別適用于轉子和周圍結構組成的復雜結構的分析，但系統復雜時會導致自由度數特別大。
隨著計算方法的改進和發展，以及計算機速度的快速提高，先后出現了如Riccati傳遞矩陣法、傳遞矩陣—阻抗耦合法、傳遞矩陣—分振型綜合法，以及傳遞矩陣—直接積分法等，專門針對轉子系統而建立的分析方法，也開發了許多基于有限元的商業軟件，如ANSYS等分析工具。目前看來對線性轉子系統的建模和分析方法已比較成熟，基于這種方法計算出的臨界轉速已比較接近實測結果。但近來由于非線性轉子動力學的發展，特殊材料制成的轉子系統的不斷出現，以及特種轉子的需求對轉子系統的非線性分析問題和對如微型旋轉機械的動態特性分析，已受到了國內外學者的關注。此外，超低頻旋轉機械的動態特性分析也是當前需要解決的問題。
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ANSYS 轉子動力學指導
ansys_rotordynamic_analysis_guide.part2.rar
ansys_rotordynamic_analysis_guide.part1.rar
ANSYS中的轉子動力學計算
最近看到安世亞太的雷先華寫的一篇文章,介紹了ANSYS轉子動力學的計算功能.較有啟發性.
轉子動力學是固體力學的一個重要分支，已主要研究旋轉機械的「轉子一支承」，系統在旋轉狀態下的振動、平衡和穩定性問題，其主要研究內容有兒個方面 :臨界轉速、動力響應、穩定性、動平衡技術和支承設計。在旋轉機械研究設計中，轉子動力學的性能分析是極其重要的一個方面。
傳統的轉子動力學分析采用傳遞矩陣方法進行，由于將大量的結構信急簡化為極為簡單的集中質量一梁模型，不能確保模型的完整性和分析的準確度；而有限元在處理轉子動力學問題時，可以很好地兼顧模型的完整性和計算的效率，但多年來轉子的「陀螺效應」一直是制約轉子動力學有限元分析的「瓶頸」問題。ANSYS很好地解決了動力特性分析中「陀螺效應」影響的問題，而且陀螺效應的考慮不受計算模型上的限制，使得轉子動力學有限元分析變得簡單高效。
本文對ANSYS的轉子動力學計算功能進行簡要介紹。
ANSYS中的轉子動力學計算.pdf
展開 ANSYS中的轉子動力學計算
轉子動力學是固體力學的一個重要分支，已主要研究旋轉機械的「轉子一支承」，系統在旋轉狀態下的振動、平衡和穩定性問題，其主要研究內容有兒個方面:臨界轉速、動力響應、穩定性、動平衡技術和支承設計。在旋轉機械研究設計中，轉子動力學的性能分析是極其重要的一個方面。
傳統的轉子動力學分析采用傳遞矩陣方法進行，由于將大量的結構信急簡化為極為簡單的集中質量一梁模型，不能確保模型的完整性和分析的準確度；而有限元在處理轉子動力學問題時，可以很好地兼顧模型的完整性和計算的效率，但多年來轉子的「陀螺效應」一直是制約轉子動力學有限元分析的「瓶頸」問題。ANSYS很好地解決了動力特性分析中「陀螺效應」影響的問題，而且陀螺效應的考慮不受計算模型上的限制，使得轉子動力學有限元分析變得簡單高效。
ANSYS中的轉子動力學計算.pdf
展開 轉子動力學分析 ansys 命令流 ￥15
這類問題在力學中屬于轉子動力學，ANSYS為之提供了專門的支持。
頻率
附件為帶彈簧的轉子動力學命令流。
