ansys 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的案例
ANSYS Workbench 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)：?jiǎn)伪P轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速
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求解單盤轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。
展開 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 ￥49
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 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)ansys仿真流程方法 坎貝爾圖 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué) 臨界轉(zhuǎn)速 軸承
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、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 工程實(shí)際中，臨界轉(zhuǎn)速影響因素有哪些？怎樣測(cè)量確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速？
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 
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)-03三圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（實(shí)體單元）
01 模型和網(wǎng)格見附件
02 定義約束（轉(zhuǎn)子是剛性支承，避開扭轉(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
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)-02雙圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（梁?jiǎn)卧?質(zhì)點(diǎn)單元）
01 模型和網(wǎng)格見附件
02 定義約束（轉(zhuǎn)子是剛性支承，避開扭轉(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 2.zip
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轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)-01單圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（梁?jiǎn)卧?質(zhì)點(diǎn)單元）
01 模型和網(wǎng)格見附件
02 定義約束（轉(zhuǎn)子是剛性支承，避開扭轉(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
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 mass.zip
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)-05三圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（實(shí)體單元，滾動(dòng)軸承）
01 模型和網(wǎng)格見附件
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
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solidb.zip
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)-04三圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（實(shí)體單元，彈性支承）
01 模型和網(wǎng)格見附件
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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solid2.zip
轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)系列（一）：臨界轉(zhuǎn)速與坎貝爾圖 ￥19
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轉(zhuǎn)子，圓盤質(zhì)量m=20kg，半徑R=120mm，轉(zhuǎn)軸的跨度l=750mm，直徑d=30mm。圓盤到左支點(diǎn)的距離a=l/3=250mm。求該轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及振型。（摘自《轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)》鐘一諤 1987年 P14頁(yè) ）
剛性支撐單圓盤轉(zhuǎn)子
2.理論解
僅考慮軸的彎曲不計(jì)軸的質(zhì)量，加上回轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)的頻率方程為
通過(guò)上述渦動(dòng)頻率可繪制出坎貝爾圖，圖中的曲線與直線的交點(diǎn)為該轉(zhuǎn)子的一倍頻臨界轉(zhuǎn)速，共有三個(gè)，故該剛性支撐單圓盤轉(zhuǎn)子前三階固有頻率為：
2265.09 rpm
2333.85 rpm
8069.16 rpm
3.ANSYS APDL 分析
圓盤采用MASS21單元模擬，轉(zhuǎn)軸采用BEAM188單元模擬，軸的兩端為簡(jiǎn)支約束。其有限元模型如下圖所示，求解可得到各階渦動(dòng)頻率：
使用plorb命令輸出各階振型軌跡：
使用plcamp命令得到坎貝爾圖：
如上圖得到前三階臨界轉(zhuǎn)速為：
2263.8rpm
2333.0rpm
8078.1rpm
4.ANSYS Workbench分析
圓盤通過(guò)Point Mass模擬，轉(zhuǎn)軸在DM里面通過(guò)直線繪制賦予截面的方式模擬，軸的兩端為簡(jiǎn)支約束。
展開 二維轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)臨界轉(zhuǎn)速分析
通過(guò)本案例，能夠了解到：
·
Field中二維轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)幾何建模（點(diǎn)，線，面）
·
創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的CAE模型并賦予分析數(shù)據(jù)屬性
·
創(chuàng)建一個(gè)柔性體模型
·
創(chuàng)建接地軸承
·
創(chuàng)建限制平移自由度的運(yùn)動(dòng)副
·
通過(guò)不同的模塊完成對(duì)模型的完整分析
·
臨界轉(zhuǎn)速分析
·
查看結(jié)果
youku視頻：http://v.youku.com/v_show/id_XODk3MTYzODQ4.html
用table數(shù)組定義軸承剛度，剛度值隨轉(zhuǎn)速變化，定義之后如何使用這個(gè)剛度值求解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速？
我用214單元模擬軸承求解轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速，把剛度設(shè)置為轉(zhuǎn)速的函數(shù)，但是把命令流輸入之后ANSYS到了求解部分就自動(dòng)停止，不進(jìn)行計(jì)算。下面是定義table數(shù)組和求解部分的命令流，請(qǐng)前輩指點(diǎn)下錯(cuò)誤出在哪里。
另外，出問(wèn)題后我查過(guò)file.err里面有一個(gè)錯(cuò)誤提示大意是：omegas missing。
/prep7
l0=1.3
omega1=0
omega2=4000
omega3=8000
kxx1=3.2e6
kxx2=3e6
kxx3=3.5e6
kyy1=8e6
kyy2=8.2e6
kyy3=8.6e6
cx=2e-4
cy=1e-3
*dim,kxx,table,3,1,1,omegas
kxx(1,1)=kxx1,kxx2,kxx3
kxx(1,0)=omega1,omega2,omega3
*dim,kyy,table,3,1,1,zhuansu
kxx(1,1)=kyy1,kyy2,kyy3
kxx(1,0)=omega1,omega2,omega3
et,1,185,,2
et,2,214
keyopt,2,3,1
et,3,214
keyopt,3,3,1
et,4,21
r,1
r,2,%kxx%,%kxx%,,,cx,cx
r,3,%kyy%,%kyy%,,,cy,cy
/solu
nmod=10
antype,modal
modopt,qrdamp,nmod,,,on
mxpand,nmod,,,yes
coriolis,on,,,on
*do,i,1,3
omega,,,rotation(i,1)*2*acos(-1)/60
solve
*enddo
finish
展開 什么是臨界轉(zhuǎn)速？在 COMSOL 中模擬轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)
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。困難在于轉(zhuǎn)子的固有頻率取決于轉(zhuǎn)子的角速度。因此，通過(guò)考慮旋轉(zhuǎn)的影響來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)部件的固有頻率很重要。
我們可以使用 COMSOL 建立一個(gè)仿真 App，通過(guò)其底層模型來(lái)自動(dòng)考慮這種旋轉(zhuǎn)的影響，該仿真 App 只顯示重要的設(shè)計(jì)參數(shù)作為輸入。接下來(lái)，讓我們來(lái)看看如何利用 COMSOL 案例庫(kù)中的一個(gè) App 示例：轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模擬器，來(lái)找到各種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。
圖中演示了轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模擬器
探索轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模擬器仿真 App
一個(gè)典型的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件：
轉(zhuǎn)子，也叫軸
圓盤
軸承
一個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，包含一個(gè)轉(zhuǎn)子（軸）、圓盤和軸承。
大多數(shù)情況下，軸是一個(gè)實(shí)心或空心的圓柱體，上面安裝著各種部件。在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)術(shù)語(yǔ)中，這些安裝的部件通常被稱為圓盤，由于它們與軸相比具有很高的剛度，因此被模擬為剛性物體。在臨界轉(zhuǎn)速分析中，只有圓盤的慣性是重要的。軸是柔性單元，也有慣性。軸的完整規(guī)格需要考慮它的幾何尺寸和材料特性，如楊氏模量、泊松比和密度。軸承是支持軸的部件。這些部件由它們的等效剛度和阻尼系數(shù)來(lái)描述。
現(xiàn)在，讓我們看看這些信息是如何傳遞給 App 的。在該仿真 App 中，不同的部分用于不同的用途，包括：
輸入數(shù)據(jù)
評(píng)估結(jié)果
訪問(wèn)信息
指定輸入數(shù)據(jù)的部分是轉(zhuǎn)子屬性、圓盤、軸承和研究參數(shù)。臨界轉(zhuǎn)速 部分用于評(píng)估模擬的轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。
展開 LMV-311型高速泵轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算與分析
分享一篇samcef轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)碩士論文：
文章介紹了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論中臨界轉(zhuǎn)速概念，影響臨界轉(zhuǎn)速各種因素及計(jì)算方法；采用克雷洛夫函數(shù)法，柔度系數(shù)法和Riccati傳遞矩陣法，分別計(jì)算了高速泵中間軸，高速軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速：利用專業(yè)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)有限軟件Samcef Rotors，建立中間軸，高速軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一維梁?jiǎn)卧Ｐ停ㄟ^(guò)偽模態(tài)法對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算與分析，得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率與模態(tài)振型；利用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)法中錘擊法分別測(cè)量了中間軸，高速軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率以及利用模態(tài)法分別測(cè)量了中間軸和高速軸的模態(tài)振型；對(duì)比理論計(jì)算，有限元分析及試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，三者比較吻合。
本文利用理論計(jì)算，有限元分析及試驗(yàn)測(cè)量三者方法，對(duì)高速泵中間軸，高速軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行深入分析與研究。由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的復(fù)雜性，模型的簡(jiǎn)化，邊界條件的選取及彈性支承的選擇等因素，會(huì)造成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)各階臨界轉(zhuǎn)速有一定的誤差，但是可預(yù)估轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生共振的轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免工作轉(zhuǎn)速靠近臨界轉(zhuǎn)速。
百度鏈接：http://pan.baidu.com/s/1sjomjW5
展開 電機(jī)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算程序（模態(tài)分析）
1，29為兩個(gè)端點(diǎn)，為軸承處
D,1,UY
D,1,UZ
D,29,UX
D,29,UY
D,29,UZ
以下采用gui操作，模態(tài)擴(kuò)展為四階
ansys計(jì)算結(jié)果和理論計(jì)算誤差為0.33%
沒有考慮陀螺效應(yīng)，不知道對(duì)不對(duì)，請(qǐng)高手指點(diǎn)。
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