ansys轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-08
ansys轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的實(shí)例教程
了解臨界轉(zhuǎn)速的目的在于設(shè)法讓壓縮機(jī)的工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速，以免發(fā)生共振。通常，離心壓縮機(jī)軸的額定工作轉(zhuǎn)速n或者低于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，n1，或者介于一階臨界轉(zhuǎn)速n1與二階臨界轉(zhuǎn)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(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值作為轉(zhuǎn)速和頻率的函數(shù)，將整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的全部分量的變化特征表示出來(lái)，在坎貝爾圖中橫坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)表示頻率，其中強(qiáng)迫振動(dòng)部分，即與轉(zhuǎn)速有關(guān)的頻率成分，呈現(xiàn)在以原點(diǎn)引出的射線上，振幅用圓圈來(lái)表示，圓圈直徑的大小表示信號(hào)幅值的大小，而自由振動(dòng)部分則呈現(xiàn)在固定的頻率線上。
遠(yuǎn)端位移——Remote displacement 可以進(jìn)行位移和角度旋轉(zhuǎn)的同時(shí)加載；Remote displacement的作用原理為使用MPC接觸對(duì)進(jìn)行控制,即在remote displacement作用位置上產(chǎn)生接觸單元,作用點(diǎn)上產(chǎn)生一個(gè)控制功能的節(jié)點(diǎn),遠(yuǎn)端位移通過(guò)約束節(jié)點(diǎn),然后將約束的具體數(shù)值分配給作用位置上。
下面通過(guò)案例來(lái)一起學(xué)習(xí)一下ANSYS求解單盤(pán)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。
展開(kāi) 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(guò)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(lái)避開(kāi)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(lái)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(pán)、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(lái)計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速，如下所示：
第一種為梁?jiǎn)卧椒?，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(lái)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(lái)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(méi)有差別。
本次流程以第三種方式來(lái)展示仿真分析的流程方法，基本操作過(guò)程三種近似相同。分析模塊是采用模態(tài)分析來(lái)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(kāi)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(jiǎn)化方法，可以使用二維平面表示三維物體，簡(jiǎn)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(kāi) 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(guò)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(kāi) 本期將著重闡述兩個(gè)問(wèn)題，從工程的角度，匯總下汽輪發(fā)電機(jī)組影響轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的因素有哪些，以及機(jī)組臨界轉(zhuǎn)速現(xiàn)場(chǎng)如何測(cè)量確定。
下圖為哈電集團(tuán)研制的60萬(wàn)千瓦空冷汽輪機(jī)組，汽輪發(fā)電機(jī)組完整呈現(xiàn)在我們面前，蔚為壯觀！
下圖為采用轉(zhuǎn)子-軸承動(dòng)力學(xué)分析軟件DyRoBeS對(duì)某機(jī)組軸系建立的有限元模型
一、影響汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速有哪些因素？
轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速除取決于轉(zhuǎn)子本身的結(jié)鉤、尺寸、材質(zhì)等，還受軸承的位置、形式和工作條件等因素影響。
轉(zhuǎn)子溫度變化對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響。轉(zhuǎn)子的溫度沿轉(zhuǎn)子軸向是變化的，溫度的變化引起轉(zhuǎn)子材料彈性模量沿轉(zhuǎn)子軸向變化。轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的彈性模量的平方根成正比。因此，轉(zhuǎn)子溫度的變化引起彈性模量的變化從而引起轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的變化。
轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響。葉輪裝在軸上，使軸剛度有一定程度增加，因而提高了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。
展開(kāi) 01 模型和網(wǎng)格見(jiàn)附件
02 定義約束（轉(zhuǎn)子是剛性支承，避開(kāi)扭轉(zhuǎn)模態(tài)），所以定義為簡(jiǎn)支，約束繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。
03 進(jìn)行模態(tài)分析
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
solid.zip
06 如需更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)聯(lián)系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
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ansys轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的最新內(nèi)容
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(guò)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(lái)避開(kāi)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(lái)計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速
旋轉(zhuǎn)部件是燃?xì)鉁u輪機(jī)、渦輪增壓器、泵、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等機(jī)器中的重要部件。設(shè)計(jì)這樣的部件需要研究它的臨界轉(zhuǎn)速，就是使系統(tǒng)的振幅變得很大的速度，通常會(huì)導(dǎo)致故障。這篇文章讓我們通過(guò)使用 COMSOL Multiphysics? 軟件創(chuàng)建的轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模擬器，來(lái)探討如何找到各種轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。
什么是轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速？
臨界轉(zhuǎn)速是指轉(zhuǎn)子的角速度與它的一個(gè)固有頻率相匹配。然而，找到靜止轉(zhuǎn)子的固有頻率還不足以確定臨界轉(zhuǎn)速
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(wèn)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(zhǎng)度和軸徑以及圓盤(pán)厚度和半徑等見(jiàn)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
下面通過(guò)案例來(lái)一起學(xué)習(xí)一下ANSYS求解單盤(pán)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)為固體力學(xué)的分支。 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)定性問(wèn)題，尤其是研究接近或超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動(dòng)問(wèn)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。
運(yùn)動(dòng)方程為：
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
1.例子
如圖剛性支撐單圓盤(pán)轉(zhuǎn)子，圓盤(pán)質(zhì)量m=20kg，半徑R=120mm，轉(zhuǎn)軸的跨度l=750mm，
1. 振型
2. 坎貝爾圖
01 模型和網(wǎng)格見(jiàn)附件
02 定義約束，定義為軸承支承，約束繞軸旋轉(zhuǎn)自由度
03 進(jìn)行模態(tài)分析
04 進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
06 如需更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)聯(lián)系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
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02 定義約束，定義為彈性支承，
03 進(jìn)行模態(tài)分析
04 進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
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01 模型和網(wǎng)格見(jiàn)附件
02 定義約束（轉(zhuǎn)子是剛性支承，避開(kāi)扭轉(zhuǎn)模態(tài)），所以定義為簡(jiǎn)支，約束繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。
03 進(jìn)行模態(tài)分析
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
solid.zip
01 模型和網(wǎng)格見(jiàn)附件
02 定義約束（轉(zhuǎn)子是剛性支承，避開(kāi)扭轉(zhuǎn)模態(tài)），所以定義為簡(jiǎn)支，約束繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。
03 進(jìn)行模態(tài)分析。
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
beam and mass
