ansys仿真臨界轉速的案例
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(jīng)常由于轉軸的彈性轉子偏心而發(fā)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(fā)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(tǒng)的臨界轉速，從而將系統(tǒng)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(jù)模型來計算臨界轉速。理論狀態(tài)下轉子系統(tǒng)包括：轉軸、轉軸上的圓盤、兩側軸承以及不平衡的質(zhì)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(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(tài)分析模塊，設置對稱選項，如下圖所示。默認的模型不會出現(xiàn)對稱的設置，需要選中model狀態(tài)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(shù)量。
展開 ansys命令流 不同轉速下固有頻率，臨界轉速，陣型，坎貝爾圖 ￥50
1. 振型
2. 坎貝爾圖
ANSYS臨界轉速計算算例
ANSYS臨界轉速計算算例
根據(jù)幾何模型建立有限元模型，轉子主體部分（盤、軸）采用SOLID45單元，支承采用彈簧—阻尼單元COMBIN14。彈簧—阻尼單元的末端約束所有自由度。為了避免軸向的剛體位移，將彈簧—阻尼單元始端的軸向自由度約束。
關于轉子動力學中臨界轉速的計算以及Campbell圖的繪制請看幫助文檔中第247和第254個例子。這兩個例子有問題的詳細描述和命令流，你對照著命令流看一下。如果有不明白的再聯(lián)系我。
ANSYS臨界轉速計算算例.doc
高速工業(yè)汽輪機臨界轉速的仿真計算及驗證
摘 要：針對所確定的轉子，采用SolidWorks軟件進行模擬仿真。結果表明：與仿真結果、高速動平衡試驗結果相比，汽輪機轉子前后軸承測點的臨界轉速都在工程允許的5%的誤差范圍內(nèi)。汽輪機轉子前后軸承測點的振動變化趨勢與高速動平衡試驗結果基本一致，驗證了仿真模擬方法的正確性，為高速工業(yè)汽輪機轉子的快速開發(fā)奠定了基礎。
關鍵詞：工業(yè)汽輪機;臨界轉速;仿真計算;高速動平衡;
隨著國家“雙碳”政策的逐步落實與實施，節(jié)能減排與發(fā)展新能源成為最重要的碳減排路線[1,2]。在此背景下，在鋼鐵、化工及電力等領域，具有較高轉速的工業(yè)汽輪機作為能量轉換的關鍵設備，將在余熱回收等環(huán)節(jié)起到極其重要的作用[3,4]。工業(yè)汽輪機不但可以代替由電力驅(qū)動的壓縮機、泵、引風機等旋轉機械，還可以利用鋼鐵廠、化工廠、電廠等產(chǎn)生的余熱，提高全廠能源利用率，減少碳排放量，進而達到節(jié)能減排的目的[5,6,7]。
目前，工業(yè)汽輪機的應用場景越來越廣泛。其中，常規(guī)工業(yè)汽輪機和高背壓工業(yè)汽輪機的蒸汽參數(shù)差異極大，需要針對不同項目的不同參數(shù)進行定制化生產(chǎn)[8];但是，隨著市場競爭的日趨激烈及技術的進步，整個工業(yè)汽輪機的制造周期不斷縮短。工業(yè)汽輪機從開始設計到產(chǎn)品制造完畢，最短可達6個月，平均生產(chǎn)周期為8～10個月，設計周期從2個月被壓縮到2周左右。這就要求工業(yè)汽輪機生產(chǎn)廠家熟知其系列化產(chǎn)品的特性，能夠快速完成針對具體項目的汽輪機產(chǎn)品的開發(fā)[9,10]。
筆者以某300 MW機組14 MW給水泵汽輪機轉子為例，分析在設計過程中轉子臨界轉速設置的合理性，并且用現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)進行核算。
1 臨界轉速定義及計算分析
轉子動力學主要是研究具有軸向?qū)ΨQ特征的結構在旋轉過程中的振動行為。轉子的振幅隨轉速的增大而增大，到某一轉速時發(fā)生劇烈波動，轉子的振幅達到最大值，該轉速稱為轉子的臨界轉速。
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ANSYS Classic環(huán)境下基于BEAM188單元求臨界轉速
使用BEAM188，MASS21和COMBIN14單元建立模型：
施加邊界條件，固定軸承末端，約束軸上節(jié)點的繞軸轉動和沿軸移動自由度：
求解并畫campbell圖：
使用GET命令得到臨界轉速和對應進動方向：
ANSYS Workbench 轉子動力學：單盤轉子臨界轉速
通常，離心壓縮機軸的額定工作轉速n或者低于轉子的一階臨界轉速，n1，或者介于一階臨界轉速n1與二階臨界轉速n2之間。前者稱作剛性軸，后者稱作柔性軸。
剛性軸要求： n ≤ 0.7n1;柔性軸要求： 1.3nl≤n≤0.7n2.
坎貝爾圖——就是監(jiān)測點的振動幅值作為轉速和頻率的函數(shù)，將整個轉速范圍內(nèi)轉子振動的全部分量的變化特征表示出來，在坎貝爾圖中橫坐標表示轉速，縱坐標表示頻率，其中強迫振動部分，即與轉速有關的頻率成分，呈現(xiàn)在以原點引出的射線上，振幅用圓圈來表示，圓圈直徑的大小表示信號幅值的大小，而自由振動部分則呈現(xiàn)在固定的頻率線上。
遠端位移——Remote displacement 可以進行位移和角度旋轉的同時加載；Remote displacement的作用原理為使用MPC接觸對進行控制,即在remote displacement作用位置上產(chǎn)生接觸單元,作用點上產(chǎn)生一個控制功能的節(jié)點,遠端位移通過約束節(jié)點,然后將約束的具體數(shù)值分配給作用位置上。
下面通過案例來一起學習一下ANSYS求解單盤轉子臨界轉速。
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(tài)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
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