ansys轉子轉速的案例
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 ANSYS Workbench 轉子動力學：單盤轉子臨界轉速
了解臨界轉速的目的在于設法讓壓縮機的工作轉速避開臨界轉速，以免發生共振。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——就是監測點的振動幅值作為轉速和頻率的函數，將整個轉速范圍內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作用位置上產生接觸單元,作用點上產生一個控制功能的節點,遠端位移通過約束節點,然后將約束的具體數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-03三圓盤轉子的臨界轉速（實體單元）
01 模型和網格見附件
02 定義約束（轉子是剛性支承，避開扭轉模態），所以定義為簡支，約束繞軸旋轉的自由度。
03 進行模態分析
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進行轉子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉速
solid.zip
06 如需更多細節，請聯系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
工程實際中，臨界轉速影響因素有哪些？怎樣測量確定轉子臨界轉速？
本期將著重闡述兩個問題，從工程的角度，匯總下汽輪發電機組影響轉子臨界轉速的因素有哪些，以及機組臨界轉速現場如何測量確定。
下圖為哈電集團研制的60萬千瓦空冷汽輪機組，汽輪發電機組完整呈現在我們面前，蔚為壯觀！
下圖為采用轉子-軸承動力學分析軟件DyRoBeS對某機組軸系建立的有限元模型
一、影響汽輪發電機組轉子臨界轉速有哪些因素？
轉子的臨界轉速除取決于轉子本身的結鉤、尺寸、材質等，還受軸承的位置、形式和工作條件等因素影響。
轉子溫度變化對臨界轉速的影響。轉子的溫度沿轉子軸向是變化的，溫度的變化引起轉子材料彈性模量沿轉子軸向變化。轉子的臨界轉速與轉子的彈性模量的平方根成正比。因此，轉子溫度的變化引起彈性模量的變化從而引起轉子臨界轉速的變化。
轉子結構形式對臨界轉速的影響。葉輪裝在軸上，使軸剛度有一定程度增加，因而提高了轉子的臨界轉速。
展開 轉子動力學-02雙圓盤轉子的臨界轉速（梁單元+質點單元）
01 模型和網格見附件
02 定義約束（轉子是剛性支承，避開扭轉模態），所以定義為簡支，約束繞軸旋轉的自由度。
03 進行模態分析。
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進行轉子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉速
beam and mass 2.zip
06 如需更多細節，請聯系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
轉子動力學-01單圓盤轉子的臨界轉速（梁單元+質點單元）
01 模型和網格見附件
02 定義約束（轉子是剛性支承，避開扭轉模態），所以定義為簡支，約束繞軸旋轉的自由度。
03 進行模態分析。
一階彎曲
二階彎曲
04 進行轉子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉速
beam mass.zip
轉子動力學-04三圓盤轉子的臨界轉速（實體單元，彈性支承）
01 模型和網格見附件
02 定義約束，定義為彈性支承，
03 進行模態分析
04 進行轉子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉速
06 如需更多細節，請聯系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
solid2.zip
轉子動力學-05三圓盤轉子的臨界轉速（實體單元，滾動軸承）
01 模型和網格見附件
02 定義約束，定義為軸承支承，約束繞軸旋轉自由度
03 進行模態分析
04 進行轉子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉速
06 如需更多細節，請聯系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
solidb.zip
用table數組定義軸承剛度，剛度值隨轉速變化，定義之后如何使用這個剛度值求解轉子系統臨界轉速？
我用214單元模擬軸承求解轉子系統的臨界轉速，把剛度設置為轉速的函數，但是把命令流輸入之后ANSYS到了求解部分就自動停止，不進行計算。下面是定義table數組和求解部分的命令流，請前輩指點下錯誤出在哪里。
另外，出問題后我查過file.err里面有一個錯誤提示大意是：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 單轉子、軸系及實測的臨界轉速有什么區別？啟停過程中，一根轉子有幾個峰值的原因是什么？
下圖給出一臺l00MW汽輪發電機組軸系及單轉子的臨界轉速及相應的振型。
▲ 100MW汽輪發電機組軸系和單轉子的
臨界轉速及振型
從圖可看出，軸系的各階臨界轉速順次以發電機、低壓、高壓及發電機轉子等為主導，故可相應稱為發電機轉子一階型（Gl）、低壓轉子型（LP）、高壓轉子型（HP）、發電機轉子二階型（G2）等。數據的對比也符合軸系臨界轉速略高于主導的單轉子臨界轉速的關系。
實際運行時，由于現場的條件與計算時選用的參數條件不同（如，軸承支承條件，聯軸器連接狀況等），將使現場測量的臨界轉速與計算值不完全相同。每次啟停機的臨界轉速也略有不同，但不會有顯著變化。（不要將某轉速下的由于摩擦引起的振動誤認為是轉子臨界轉速改變而引起的振動）。
二、啟停過程中，為什么一根轉子會有幾個峰值？
按照彈性體振動理論，一個連續分布的質量的軸系存在無數個臨界轉速和振型。實際上，多數汽輪發電機組轉子在工作轉速之下，只出現第一階臨界轉速，有的發電機轉子有兩個臨界轉速，第三階以上的臨界轉速通常都在工作轉速之上。機組在啟動或停機過程中，某個軸承可能出現幾個峰值，這有以下幾種可能。
(1）受某一階臨界轉速的振型影響。
展開 
轉子動力學系列（一）：臨界轉速與坎貝爾圖 ￥19
轉子動力學為固體力學的分支。 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。
運動方程為：
轉子動力學系列（八）：軸對稱實體單元Solid272/Solid273的應用
1.例子
如圖剛性支撐單圓盤轉子，圓盤質量m=20kg，半徑R=120mm，轉軸的跨度l=750mm，直徑d=30mm。圓盤到左支點的距離a=l/3=250mm。求該轉子臨界轉速及振型。（摘自《轉子動力學》鐘一諤 1987年 P14頁 ）
剛性支撐單圓盤轉子
2.理論解
僅考慮軸的彎曲不計軸的質量，加上回轉效應時的頻率方程為
通過上述渦動頻率可繪制出坎貝爾圖，圖中的曲線與直線的交點為該轉子的一倍頻臨界轉速，共有三個，故該剛性支撐單圓盤轉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，轉軸采用BEAM188單元模擬，軸的兩端為簡支約束。其有限元模型如下圖所示，求解可得到各階渦動頻率：
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速為：
2263.8rpm
2333.0rpm
8078.1rpm
4.ANSYS Workbench分析
圓盤通過Point Mass模擬，轉軸在DM里面通過直線繪制賦予截面的方式模擬，軸的兩端為簡支約束。
展開 什么是臨界轉速？在 COMSOL 中模擬轉子軸承系統
設計這樣的部件需要研究它的臨界轉速，就是使系統的振幅變得很大的速度，通常會導致故障。這篇文章讓我們通過使用 COMSOL Multiphysics? 軟件創建的轉子軸承系統模擬器，來探討如何找到各種轉子的臨界轉速。
什么是轉子的臨界轉速？
臨界轉速是指轉子的角速度與它的一個固有頻率相匹配。然而，找到靜止轉子的固有頻率還不足以確定臨界轉速。困難在于轉子的固有頻率取決于轉子的角速度。因此，通過考慮旋轉的影響來計算旋轉部件的固有頻率很重要。
我們可以使用 COMSOL 建立一個仿真 App，通過其底層模型來自動考慮這種旋轉的影響，該仿真 App 只顯示重要的設計參數作為輸入。接下來，讓我們來看看如何利用 COMSOL 案例庫中的一個 App 示例：轉子軸承系統模擬器，來找到各種旋轉系統的臨界轉速。
圖中演示了轉子軸承系統模擬器
探索轉子軸承系統模擬器仿真 App
一個典型的轉子系統有三個標準部件：
轉子，也叫軸
圓盤
軸承
一個轉子系統，包含一個轉子（軸）、圓盤和軸承。
大多數情況下，軸是一個實心或空心的圓柱體，上面安裝著各種部件。在轉子動力學術語中，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來描述。
現在，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：
輸入數據
評估結果
訪問信息
指定輸入數據的部分是轉子屬性、圓盤、軸承和研究參數。臨界轉速 部分用于評估模擬的轉子的臨界轉速。
展開 二維轉子動力學臨界轉速分析
通過本案例，能夠了解到：
·
Field中二維轉子動力學幾何建模（點，線，面）
·
創建一個簡單的CAE模型并賦予分析數據屬性
·
創建一個柔性體模型
·
創建接地軸承
·
創建限制平移自由度的運動副
·
通過不同的模塊完成對模型的完整分析
·
臨界轉速分析
·
查看結果
youku視頻：http://v.youku.com/v_show/id_XODk3MTYzODQ4.html
LMV-311型高速泵轉子的臨界轉速計算與分析
分享一篇samcef轉子動力學碩士論文：
文章介紹了轉子動力學理論中臨界轉速概念，影響臨界轉速各種因素及計算方法；采用克雷洛夫函數法，柔度系數法和Riccati傳遞矩陣法，分別計算了高速泵中間軸，高速軸轉子系統的臨界轉速：利用專業轉子動力學有限軟件Samcef Rotors，建立中間軸，高速軸轉子系統一維梁單元模型，通過偽模態法對轉子系統進行動力學計算與分析，得到轉子系統的固有頻率與模態振型；利用隨機振動試驗法中錘擊法分別測量了中間軸，高速軸轉子系統的頻率以及利用模態法分別測量了中間軸和高速軸的模態振型；對比理論計算，有限元分析及試驗測量結果，三者比較吻合。
本文利用理論計算，有限元分析及試驗測量三者方法，對高速泵中間軸，高速軸轉子系統進行深入分析與研究。由于轉子系統的復雜性，模型的簡化，邊界條件的選取及彈性支承的選擇等因素，會造成轉子系統各階臨界轉速有一定的誤差，但是可預估轉子系統發生共振的轉速范圍，轉軸設計時，應避免工作轉速靠近臨界轉速。
百度鏈接：http://pan.baidu.com/s/1sjomjW5
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