ansys給轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)速的案例
轉(zhuǎn)子動力學ansys仿真流程方法 坎貝爾圖 轉(zhuǎn)子動力學 臨界轉(zhuǎn)速 軸承
轉(zhuǎn)子動力學ansys仿真流程方法
工程中的回轉(zhuǎn)機械，如渦輪機、電機等，在運轉(zhuǎn)時經(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。當轉(zhuǎn)速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉(zhuǎn)速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉(zhuǎn)子發(fā)生激烈振動的特定轉(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)模型來計算臨界轉(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(zhuǎn)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(jié)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(shè)置對稱選項，如下圖所示。默認的模型不會出現(xiàn)對稱的設(shè)置，需要選中model狀態(tài)下插入對稱、接觸、遠端點等選項.
設(shè)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(shè)置坐標和對稱軸及平面數(shù)量。
展開 ANSYS Workbench 轉(zhuǎn)子動力學：單盤轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速
【案例】ANSYS求解單盤轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速
【第一步】建立幾何模型如下圖所示；模型的建立不再贅述，為了優(yōu)化網(wǎng)格，將模型劃分為多個bady并放入同一個part里，同時將軸承位置的柱面切分出來；
【第二步】選中connections，右鍵選擇insert—bearing；
【第三步】軸承接觸設(shè)置;選擇軸承旋轉(zhuǎn)平面—定義軸承剛度—定義軸承阻尼—選擇軸承位置—定義為柔性行為；
【第四步】定義另一個軸承；
【第五步】網(wǎng)格劃分；由于已經(jīng)切分好，所有bady可掃略，故采用sweep method劃分網(wǎng)格；圓盤可通過映射面提高網(wǎng)格規(guī)整性；
【第六步】施加遠端位移約束；故還需限制X向平動和繞X軸轉(zhuǎn)動；
同樣方法，施加另一個遠端位移約束；
【第七步】求解選項設(shè)置；考慮阻尼;
【第八步】定義轉(zhuǎn)動角速度；
【第九步】添加坎貝爾圖；
【第十步】求解；
【第十一步】查看坎貝爾圖，可以獲取各階臨界轉(zhuǎn)速；
【第十二步】查看各階振型；
通過以上分析，完成了單盤轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子動力學初步分析并獲取了轉(zhuǎn)子各階臨界轉(zhuǎn)速及其振型。
展開 轉(zhuǎn)子動力學系列（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)子動力學系列（十）：不平衡激勵下的啟動過程瞬態(tài)轉(zhuǎn)子動力學分析
轉(zhuǎn)子動力學系列（九）：基于ANSYS Workbench的多軸轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)子動力學系列（八）：軸對稱實體單元Solid272/Solid273的應用
轉(zhuǎn)子動力學系列（七）：帶支承結(jié)構(gòu)的復雜轉(zhuǎn)子分析
轉(zhuǎn)子動力學系列（六）：考慮預應力的轉(zhuǎn)子動力學分析
轉(zhuǎn)子動力學系列（五）：隨轉(zhuǎn)速變剛度和變阻尼的模擬
轉(zhuǎn)子動力學系列（四）：不同軸承單元對比（COMBIN14和COMBI214）
轉(zhuǎn)子動力學系列（三）：不同建模單元對比（BEAM188與SOLID186）
轉(zhuǎn)子動力學系列（二）：不平衡響應分析
轉(zhuǎn)子動力學系列（一）：臨界轉(zhuǎn)速與坎貝爾圖
展開 轉(zhuǎn)子動力學-03三圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（實體單元）
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)），所以定義為簡支，約束繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。
03 進行模態(tài)分析
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進行轉(zhuǎn)子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
solid.zip
06 如需更多細節(jié)，請聯(lián)系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
工程實際中，臨界轉(zhuǎn)速影響因素有哪些？怎樣測量確定轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速？
本期將著重闡述兩個問題，從工程的角度，匯總下汽輪發(fā)電機組影響轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的因素有哪些，以及機組臨界轉(zhuǎn)速現(xiàn)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(fā)電機組完整呈現(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(fā)電機組轉(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)子動力學-02雙圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（梁單元+質(zhì)點單元）
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)），所以定義為簡支，約束繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。
03 進行模態(tài)分析。
一階彎曲
二階彎曲
三階彎曲
四階彎曲
04 進行轉(zhuǎn)子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
beam and mass 2.zip
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轉(zhuǎn)子動力學-01單圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（梁單元+質(zhì)點單元）
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)），所以定義為簡支，約束繞軸旋轉(zhuǎn)的自由度。
03 進行模態(tài)分析。
一階彎曲
二階彎曲
04 進行轉(zhuǎn)子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
beam mass.zip
轉(zhuǎn)子動力學-04三圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（實體單元，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 進行模態(tài)分析
04 進行轉(zhuǎn)子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
06 如需更多細節(jié)，請聯(lián)系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
solid2.zip
轉(zhuǎn)子動力學-05三圓盤轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速（實體單元，滾動軸承）
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 進行模態(tài)分析
04 進行轉(zhuǎn)子動力學分析
05 查看campbell圖，提取臨界轉(zhuǎn)速
06 如需更多細節(jié)，請聯(lián)系郵箱 leslie_wj@163.com，或者微信leslie_wj
solidb.zip
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停止，不進行計算。下面是定義table數(shù)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(zhuǎn)子、軸系及實測的臨界轉(zhuǎn)速有什么區(qū)別？啟停過程中，一根轉(zhuǎn)子有幾個峰值的原因是什么？
下圖給出一臺l00MW汽輪發(fā)電機組軸系及單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速及相應的振型。
▲ 100MW汽輪發(fā)電機組軸系和單轉(zhuǎn)子的
臨界轉(zhuǎn)速及振型
從圖可看出，軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速順次以發(fā)電機、低壓、高壓及發(fā)電機轉(zhuǎn)子等為主導，故可相應稱為發(fā)電機轉(zhuǎn)子一階型（Gl）、低壓轉(zhuǎn)子型（LP）、高壓轉(zhuǎn)子型（HP）、發(fā)電機轉(zhuǎn)子二階型（G2）等。數(shù)據(jù)的對比也符合軸系臨界轉(zhuǎn)速略高于主導的單轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系。
實際運行時，由于現(xiàn)場的條件與計算時選用的參數(shù)條件不同（如，軸承支承條件，聯(lián)軸器連接狀況等），將使現(xiàn)場測量的臨界轉(zhuǎn)速與計算值不完全相同。每次啟停機的臨界轉(zhuǎn)速也略有不同，但不會有顯著變化。（不要將某轉(zhuǎn)速下的由于摩擦引起的振動誤認為是轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速改變而引起的振動）。
二、啟停過程中，為什么一根轉(zhuǎn)子會有幾個峰值？
按照彈性體振動理論，一個連續(xù)分布的質(zhì)量的軸系存在無數(shù)個臨界轉(zhuǎn)速和振型。實際上，多數(shù)汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速之下，只出現(xiàn)第一階臨界轉(zhuǎn)速，有的發(fā)電機轉(zhuǎn)子有兩個臨界轉(zhuǎn)速，第三階以上的臨界轉(zhuǎn)速通常都在工作轉(zhuǎn)速之上。機組在啟動或停機過程中，某個軸承可能出現(xiàn)幾個峰值，這有以下幾種可能。
(1）受某一階臨界轉(zhuǎn)速的振型影響。
展開 
轉(zhuǎn)子動力學系列（一）：臨界轉(zhuǎn)速與坎貝爾圖 ￥19
轉(zhuǎn)子動力學為固體力學的分支。 主要研究轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的振動、平衡和穩(wěn)定性問題，尤其是研究接近或超過臨界轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的橫向振動問題。轉(zhuǎn)子是渦輪機、電機等旋轉(zhuǎn)式機械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。
運動方程為：
轉(zhuǎn)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(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)子動力學》鐘一諤 1987年 P14頁 ）
剛性支撐單圓盤轉(zhuǎn)子
2.理論解
僅考慮軸的彎曲不計軸的質(zhì)量，加上回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的一倍頻臨界轉(zhuǎn)速，共有三個，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(zhuǎn)速為：
2263.8rpm
2333.0rpm
8078.1rpm
4.ANSYS Workbench分析
圓盤通過Point Mass模擬，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速？在 COMSOL 中模擬轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)
設(shè)計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，通常會導致故障。這篇文章讓我們通過使用 COMSOL Multiphysics? 軟件創(chuàng)建的轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模擬器，來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，通過考慮旋轉(zhuǎn)的影響來計算旋轉(zhuǎn)部件的固有頻率很重要。
我們可以使用 COMSOL 建立一個仿真 App，通過其底層模型來自動考慮這種旋轉(zhuǎn)的影響，該仿真 App 只顯示重要的設(shè)計參數(shù)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(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)模擬器，來找到各種旋轉(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
一個典型的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有三個標準部件：
轉(zhuǎn)子，也叫軸
圓盤
軸承
一個轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，包含一個轉(zhuǎn)子（軸）、圓盤和軸承。
大多數(shù)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(zhuǎn)子動力學術(shù)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(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)
評估結(jié)果
訪問信息
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 部分用于評估模擬的轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。
展開 二維轉(zhuǎn)子動力學臨界轉(zhuǎn)速分析
通過本案例，能夠了解到：
·
Field中二維轉(zhuǎn)子動力學幾何建模（點，線，面）
·
創(chuàng)建一個簡單的CAE模型并賦予分析數(shù)據(jù)屬性
·
創(chuàng)建一個柔性體模型
·
創(chuàng)建接地軸承
·
創(chuàng)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(zhuǎn)速分析
·
查看結(jié)果
youku視頻：http://v.youku.com/v_show/id_XODk3MTYzODQ4.html
LMV-311型高速泵轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速計算與分析
分享一篇samcef轉(zhuǎn)子動力學碩士論文：
文章介紹了轉(zhuǎn)子動力學理論中臨界轉(zhuǎn)速概念，影響臨界轉(zhuǎn)速各種因素及計算方法；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)子動力學有限軟件Samcef Rotors，建立中間軸，高速軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一維梁單元模型，通過偽模態(tài)法對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行動力學計算與分析，得到轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率與模態(tài)振型；利用隨機振動試驗法中錘擊法分別測量了中間軸，高速軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻率以及利用模態(tài)法分別測量了中間軸和高速軸的模態(tài)振型；對比理論計算，有限元分析及試驗測量結(jié)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(zhuǎn)子系統(tǒng)進行深入分析與研究。由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)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(zhuǎn)子系統(tǒng)各階臨界轉(zhuǎn)速有一定的誤差，但是可預估轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生共振的轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)軸設(shè)計時，應避免工作轉(zhuǎn)速靠近臨界轉(zhuǎn)速。
百度鏈接：http://pan.baidu.com/s/1sjomjW5
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