转子动力学分析
转子动力学
转子动力学转子动力学（Rotordynamics）是一个在机械工程中有着广泛应用的学科，它研究的是转子的运动模式和旋转的动态行为。
它主要包括对转子的结构，刚度，形状，质量及其动态响应的研究，它也可以研究转子系统中出现的振动现象。
转子动力学被广泛应用于一些重要的工程应用，其中，汽轮机，离心机，风力发电机和电机等系统都可以利用转子动力学进行模拟研究，以便于计算转子系统的运动性质和性能。
转子动力学的研究主要分为两个部分：静态和动态分析。
静态分析是指只考虑转子的静力学性质，即转子的位移，速度和加速度，而不考虑其在轴承振动中的动态特性。
动态分析则是指考虑转子在轴承振动中的动态特性，包括振动模式、振动频率、振动幅值及衰减。
转子动力学的静态分析方法很多，其中，应用频繁的有建立结构方程和有限元方法，它们分别用于研究转子结构的位移，形变和应力分布，及轴承摩擦耦合下转子的动态行为。
动态分析方法也有很多，例如建立模态方程和复结构动力学方法等，它们都有助于研究转子系统的动态行为，包括振动模式、振动频率、振动的位移、形变和应力分布。
转子动力学的应用非常广泛，它可以被用于传动系统，机床，风机，汽轮机，离心机，风力发电机等系统中，以改善其设计和性能。
由于转子动力学完备及计算量大，现代转子断面设计工具和分析工具均已经发展趋于成熟，可以实现转子的3D的模拟分析，并可以实现转子的断面设计改善。
转子动力学是实施转子系统设计，并实现转子系统性能改善的重要手段，它给转子系统提供了科学的基础，使得转子系统设计及性能改善更接近设计者的实际需求，从而达到节省成本，提高效率，提升产品性能的目的。
总之，转子动力学研究是机械工程中一个重要的学科，它在机械系统安全可靠运行方面发挥着非常重要的作用。
通过使用转子动力学，可以更好地分析和理解转子系统的结构，刚度，形状，质量及其动态响应，从而实现设计的优化，提高转子系统的性能，改善转子系统的安全可靠性。
基于ANSYS的转子动力学分析
５３５
基于ＡＮＳＹＳ的转子动力学分析
马威猛王建军
（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京，１００１９１）
摘要：本文对ＡＮＳＹＳ的转子动力学计算功能及理论基础进行说明，在此基础上通过一 个简单算例将ＡＮＳＹＳ实体单元建模获得的转子临界转速与集中参数模型所得的结果进行对 比，验证了实体单元分析的有效性。最后通过一个复杂实例说明转子动力学实体单元建模的 应用。 关键词：转子动力学；ＡＮＳＹＳ；实体建模
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ
ｒｏｔｏｒ
ｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ
ＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｇａｉｎｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｒｏｍ ｓｏｌｉｄ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｌｕｍｐｅｄ ｐａｒａｍｅｍｒ ｍｏｄｅｌ ｏｆ
２
ＡＮＳＹＳ实体单元转子动力学分析
在ＡＮＳＹＳ中采用三维实体单元建立转子系统的模型之后，可以通过ＣＯＲＩＯＬＩＳ命令使其
在计算中考虑陀螺力矩的影响。ＡＮＳＹＳ帮助文件中给出了转子动力学的一般有限元方程【３１ ［朋］ｔ五，’＋（［ｃ］＋【Ｃ。。，】）｛五，｝＋（【Ｋ】一【鼻，５口ｉ。】）｛ｕ，｝＝｛，） 转坐标系下的旋转软化效应。 （１）
响系数法相比，更加接近试验结果。在分析简单模型时．采用寅体单元建模分析计算的有效
惟得到验证。 （２）扩展性算例 图２所示为转子结构复杂，难以将其简化为有效的集中参数模型．同时，其支撑跨距 短，在转子振动分析中盘的振动形式不容忽视。采用粱单元建模显然不能满足分析计算的需 要，而采用文体单元建模则可以很好地解决此类分析问题。
转子系统动力学
转子系统动力学1. 引言转子系统动力学是研究转子在运动过程中的力学特性和动力学行为的学科。
转子系统广泛应用于各种机械设备中，例如发电机、涡轮机、离心压缩机等。
深入了解转子系统的动力学行为对于设计和优化这些机械设备至关重要。
转子系统动力学的研究内容包括转子的振动特性、转子的稳定性、转子的受力分析等。
在转子系统动力学中，转子被视为一个连续体，其运动受到各种力的作用，包括离心力、重力、惯性力等。
通过对这些力的分析和计算，可以获得转子的运动规律和稳定性。
2. 转子的振动特性转子的振动特性是转子系统动力学研究的重要内容之一。
转子的振动可以分为自由振动和强迫振动两种情况。
2.1 自由振动自由振动是指转子在没有外界力作用下的振动。
自由振动的特点是振幅和频率都是固定的，振动形式可以是简谐振动或复杂振动。
自由振动的频率由转子的刚度和质量分布决定。
2.2 强迫振动强迫振动是指转子在外界激励力作用下的振动。
外界激励力可以是周期性的，也可以是非周期性的。
强迫振动的特点是振幅和频率随外界激励力的变化而变化。
3. 转子的稳定性转子的稳定性是指转子在运动过程中是否保持平衡状态的能力。
稳定性的分析可以通过线性稳定性分析和非线性稳定性分析两种方法进行。
3.1 线性稳定性分析线性稳定性分析是指通过线性化转子系统的运动方程，然后对线性化方程进行分析，判断转子系统的稳定性。
线性稳定性分析的基本思想是将非线性问题近似为线性问题，通过对线性问题的分析来判断转子系统的稳定性。
3.2 非线性稳定性分析非线性稳定性分析是指直接对转子系统的非线性运动方程进行分析，判断转子系统的稳定性。
非线性稳定性分析考虑了转子系统的非线性特性，能够更准确地描述转子系统的稳定性。
4. 转子的受力分析转子的受力分析是研究转子系统动力学的重要内容之一。
转子在运动过程中受到各种力的作用，包括离心力、重力、惯性力等。
4.1 离心力离心力是转子在旋转过程中由于离心力的作用而产生的力。
基于ANSYS的电机转子的动力学分析
现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。
高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。
本文使用ansys研究了电机转子动力学问题，得出ansys可以计算转子动力学问题。
1 引言转子动力学的研究，最早可追溯到十九世纪六十年代。
一个多世纪以来，随着大工业的发展，转子系统被广泛地应用于包括燃气轮机、航空发动机、工业压缩机等机械装置中，在电力、航空、机械、化工、纺织等领域中起着非常重要的作用。
因而，转子动力学有着极强的工程应用背景，其相关的研究工作也越来越受到人们的重视。
由于材质的不均匀，制造、加工及安装误差等，转子系统不可避免的存在着质量偏心，同时转子在工作过程中还可能产生热变形以及磨损和介质的姑附等现象，这些因素或多或少都会导致转子不平衡的增大从而使转子的不平衡振动增大。
由过大的不平衡量引起的转子系统的振动是十分有害的，它使机械的效率降低、载荷增加，使一些零部件易于磨损、疲劳而缩短寿命，较大的振动还会恶化操作人员的劳动环境，甚至会导致发生机毁人亡的严重事故。
消除或者减小转子系统的振动首先考虑是对转子进行平衡。
现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。
高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。
转子设计和发展的这种趋势对转子的质量不平衡提出了严格的限制。
这种情况下，转子的动力学变得更加突出和重要。
本文使用ansys研究了某电机转子的动力学问题，为转子动力学设计找到了一个新的途径。
2 模型的建立及计算如图1所示，为电子转子的有限元模型，使用BEAM188单元模拟转子的轴，使用MASS21单元模拟转子，使用单元COMBI214模拟轴承。
图1 电机转子的有限元模型（不显示单元）图2 电机转子的有限元模型（显示单元）图3给出了Beam188 单元的几何简图。
Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。
发动机轴承转子动力学分析(多学科行为)
第1章绪论1.１问题背景往复活塞式内燃机的曲轴系包括活塞、连杆、曲柄等内燃机的主要运动部件。
其功用是将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，且将作用的活塞上的燃气压力转化为扭矩，借助飞轮向外输出，从而实现热能向机械能的转化，是内燃机传递运动和动力的机器。
内燃机工作时,其机械行为表现为多学科的行为同时发生。
实际上,机械设计就是多学科的行为的综合和优化。
但以往由于计算机技术落后，计算能力有限，机械行为研究主要集中在单一的学科领域。
近年来随着对内燃机动力性和可靠性的要求不断提高,高转速、废气增压发动机的出现，使曲轴系的工作条件愈加苛刻,原有的动力学、摩擦学、强度、刚度等单学科行为研究已远不能适应现代内燃机设计的需要，迫切需求对曲轴系进行多学科行为的综合研究。
同时,随着计算技术的发展，各种专业软件的广泛应用，为曲轴系多学科机械行为的研究提供了必要的前提 [1] 。
从单一学科的研究，人们已经做了大量的工作，现分述如下：曲轴系动力学行为的研究现状对于曲轴系动力学行为，单缸内燃机传统的分析方法如图1-1，在对各构件进行运动分析的基础上，计算出各自产生的旋转惯性力和往复惯性力，与气体爆发压力合成后求解出对机体的作用力以及曲轴系振动的激振力，这种利用内燃机动力计算方法对曲轴系统进行分析，几何关系非常直观，但是计算过程是十分烦琐的 [1]。
图1-1用内燃机动力计算法多缸内燃机曲轴系的计算，常用的传统计算方法有两种: 简支梁法和连续梁法[2]。
1 简支梁法该方法以通过主轴颈中心并垂直于曲轴中心线的平面将曲轴分成若干个曲拐, 每个曲拐视为一简支梁。
图1-2 为其计算简图(几何-力学模型)。
其不考虑相邻曲拐上作用力的影响，与实际情况有较大差异。
图1-2 简支梁法计算简图2 连续梁法连续梁法把曲轴简化为多支承的静不定连续梁(图1-3) , 应用三弯矩或五弯矩方程求解。
由于假设的几何-力学模型不同, 连续梁法主要有以下三种:①将曲轴简化为多支承圆柱形连续直梁, 其直径与轴颈直径相同或相当;②曲轴作为支承在弹性支承上变截面的静不定直梁;③曲轴作为支承在弹性支承上的静不定曲梁。
转子动力学分析方法
同样，可以定义Xpc、Xps、Yrc、Yrs，则可得 x=Xpccosωt-Xpssinωt+Xrccosωt-Xrssinωt y=Xpcsinωt+Xpscosωt-Xrcsinωt-Xrscosωt 令 x=Xpc+iXps y=Xrc+iXrs 则有 x=Re{[(Xpc+iXps)+(Xrc+iXrs)]eiωt}=Re{(xp+xs)eiωt} y=Re{[-i(Xpc+iXps)+i(Xrc+iXrs)]eiωt}=Re{i(-xp+xs)eiωt} 一般将xp对应的运动称为正进动分量；xr对应的运动成为 反进动分量。 比较两种表达式，可得 Xc+iXs=xp+xr Yc+iYs=i(-xp+xr)
2019Байду номын сангаас1/8 8
两种座标关系为：ξ =xcosΩ t+ysinΩ t η =-xsinΩ t+ycosΩ t 对上式求一、二阶导数，可得
2 2 － － 式中： 、 表示离心加速度 －2 、2 表示哥氏加速度
ξ =xpei(ω-Ω)t+xrei(ω+Ω)t η =-ixpei(ω-Ω)t+ixrei(ω+Ω)t 式中省略取实部符号。 代入上式得
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第三节
刚体绕定点的转动
力学模型：连续质量模型——弹性体 集中质量模型——盘轴系统 本章以盘轴系统为分析模型 刚体在空间有六个自由度：沿三个垂直轴方向的平移和绕 这三个轴的转动。 理论力学：刚体运动可分解成随基点的平动和绕基点的转 动。 平动运动规律与基点选择有关； 转动运动规律与基点选择无关。 §5.3.1 描述定点刚体位置的欧拉角 刚体球铰定点约束：约束三个平动自由度； 只有三个转动自由度。
机械转子动力学响应特性分析
机械转子动力学响应特性分析概述：机械转子是机械系统中的重要组成部分，其动力学响应特性对于系统的稳定性和性能具有重要影响。
本文将探讨机械转子动力学响应特性的分析方法和应用。
一、转子振动的基本原理机械转子的振动是由于旋转不平衡、轴向力、切向力和径向力等作用引起的。
转子振动的基本原理可用Newton第二定律来描述，即转子受到施加在其上的力的作用导致转子的加速度产生变化。
二、转子振动的数学建模为了分析转子振动的响应特性，可以采用数学建模的方法。
常见的数学建模方法包括有限元法、轴对称双通道法和离散转子法等。
在建模过程中需要考虑转子的几何结构、材料特性以及承载环境等因素。
三、转子动力学方程的求解方法转子动力学方程一般为非线性微分方程，可以通过数值解法来求解。
常见的数值解法包括有限差分法、有限元法和集总参数法等。
这些方法能够考虑到转子的非线性特性和边界条件的影响，从而得到准确的振动响应。
四、转子的稳定性分析转子的稳定性是指转子在运行过程中是否会出现不可控的振动现象。
稳定性分析可以通过计算转子动力学方程的特征值得到。
当特征值出现实部大于零的情况，即存在不稳定的振动模态。
五、转子的谐响应分析转子动力学响应的谐响应分析可以通过幅频特性曲线和相位特性曲线来表示。
这些曲线可以反映不同频率下转子的响应振幅和相位差。
通过使用谐响应分析方法，可以评估和优化转子的系统结构和参数设置。
六、转子响应特性的应用对机械转子动力学响应特性的分析和研究可以为机械系统的设计、运行和维护提供指导和参考。
通过分析转子的振动特性，可以预测和避免转子系统的故障和失效，从而提高系统的可靠性和性能。
七、转子动力学响应特性分析的挑战机械转子动力学响应特性的分析面临着一些挑战。
一方面，转子系统通常具有复杂的结构和非线性的特性，需要采用精确的数学模型和计算方法来描述。
另一方面，振动信号的测量和分析也需要高精度的仪器和技术来实现。
结论：机械转子动力学响应特性的分析是机械系统设计和优化的重要环节。
某型舰船用转子系统动力学性能分析
某型舰船用转子系统动力学性能分析转子系统是一种被广泛应用于某型舰船中的动力学系统，通过转动多个旋转翼来产生推力，以实现舰船的运动和控制。
在分析某型舰船用转子系统的动力学性能时，需要考虑多个方面因素，并将它们进行综合评估，以便制定出合理的优化方案。
首先，需要考虑的是转子系统的推力与功率比。
舰船用转子系统通过旋转产生推力，推力越大，则需要的功率也越大。
因此，在选择旋翼参数及马达额定功率时，需要综合考虑其推力与功率比，以获得尽量高的效率。
此外，还需要考虑旋翼的尺寸、数目、叶片的形状和数量等多个参数的综合作用，以确保输出的推力足够，同时满足舰船受力条件和空间约束条件。
其次，需要考虑的是转子系统的稳定性和控制性能。
舰船用转子系统需要能够保持稳定状态，并能够在需要时进行精确的调整和控制。
因此，在设计转子系统时，需要充分考虑其受到的舵和风的影响，以及船体姿态和速度对其稳定性的影响。
同时，还需要配备合适的控制系统，以便在任何情况下都能够对转子系统进行快速精确的调整。
第三，需要考虑的是转子系统的可靠性和性能稳定性。
舰船用转子系统需要在恶劣环境下连续运行数小时，同时还需要经受大量的机械和热力学应力。
因此，在选择组件和材料时，需要考虑其可靠性和耐用性，并制定合理的维护和保养方案，以确保其性能始终稳定而可靠。
最后，需要综合考虑各方面的因素，在设计转子系统时制定出合理的优化方案。
在设计过程中需要首先明确各项技术指标的要求，然后选择合适的设计方案。
在具体设计中需要进行系统性能仿真，以保证系统设计的可靠性和优良的性能，同时也能够确定最终的系统参数。
在新系统投入使用后，需要时刻关注其性能状况，并及时调整和维护，以确保其性能始终处于最佳状态。
总之，某型舰船用转子系统的动力学性能分析是一项复杂的工作，需要综合考虑多方面因素。
通过合理的设计和优化方案，可以实现转子系统的高效稳定操作，并确保其符合舰船需要的各种性能指标，以更好地服役于海军事业。
(完整版)转子动力学基础
4
两边对时间求两次导数得：
代入牛顿方程得 o点的运动微分方程
根据动量矩定理，可得圆盘绕重心c转动的微分方程：
I&& T ke(x cos y sin) 对于稳态涡动， && 0 &
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代入牛顿方程得 o点的运动微分方程
及支反力幅值F。
解：弹性轴质量： ms ( 1.52 ) / 4 57 7.8 10－3 0.7856 kg
圆盘质量： mD ( 16 2 ) / 4 2 7.8 10－3 3.137 kg
弹性轴中点刚度：
k 48EJ / l3 (48 20.58 106 1.54 ) /(573 64) 1325 .553 N / cm
不计轴质量时临界转速：
cr
60
2
k 30 12325.553103 1962.96r / min
mD
3.137
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计入弹性轴等效质量，按照振动理论，梁在中点的等效质 量为原质量的17/35，则临界转速为：
cr
60
2
k mD＋ms17 / 35
30
arctan
10/2/19
/ p
/ p
8
= p
r= e
0
低转速区 圆盘重边飞出
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p
r? e
90
共振区
? p
re
180
高转速区
圆盘轻边飞出； 自动定心或质心转向
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转子系统动力学分析方法(5学时)
3
因系统对称性，系统的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平衡方程为：
对轴颈
k Fx k xx x k xy y d xx x d xy y k Fy k yx x k yy y d yx x d yy y
对轮盘
（1）
m ( x ) k 0 m( y ) k 0
第j个质点的受力可以表达为
Px m 0 x d Fx P 0 m y d Fyx j j y j k Fx k Fyx k Fxy x k xx k Fy y j k yx j d Fxy x d xx d Fy y j d yx j d xy x d yy y j j
, j p , jd 分别为单位长轴段的质量、极转动惯量和 赤道转动惯量。
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1）质量集总： 集总到两端的质量按照总质量和质心位置均不变的 原则分配：
s R la k m j lj k 1 s l (l a ) s j L k R m l m j j k l k 1 k 1 j
转子系统动力学分析方法
滑动轴承支承转子系统的动态行为
除受制于转子本身的弹性、质量分布、
材料、运行速度等参数外，更大程度上
取决于滑动轴承的动态特性。
1
一、单质量弹性转子
1.单质量弹性转子系统稳定性
在线性范围内，滑动轴承-转子系统的稳定性，一 般是在小扰动情况下，根据拉格朗日方程或力平衡方程 导出系统的运动微分方程并求解，以判定系统的稳定性 状况或趋势。
（1）
转子动力学分析
考虑支撑弹性后，转子的盘心进动轨迹是一个椭圆， 出现两个临界ωcx和ωcy。当转子以这两个临界转速以 外的角速度运行时，发生正涡动；在它们之间运动时， 发生反涡动。临界转速的大小不仅与转子的轴的弯曲 刚度有关，而且取决于支撑特性，尤其在两者的刚度 量级接近时。在实际转子的运行中，大多数观测到的 是正涡动。这是因为支撑特性虽然在水平和垂直方向 上有差别，但是差别不是很大，故对应的两个临界转 速靠得较近。不管接近哪个临界转速运行，都会使转 子轴产生很大的动挠度。为了运行安全，不允许转子 在这两个临界转速之间停留，而是很快的加速冲过这 个区域。因此，一般看不到稳态的反涡动，而只看到 在这一转速区域之外的正涡动。
KYX=-6e7 $ KYY=1e8 R,1,KXX,KXY $rmore,-KXX,-KXY Rmore,KYX,KYY $more,-KYX,-KYY *do,ir,1,8 Rmore ! 定义0值 *end do
Rmore,-KXX,KXY $ rmore,KXX,KXY Rmore,-KYX,KYY $ rmore,KYX,KYY ! define damping matrix CXX=8E3 $ CXY=-3.E3 CYX=-3E3 $ CYY=1.2E4 R,2,CXX,CXY $rmore,-CXX,-CXY Rmore,2,CYX,CYY $rmore,-CYX,-CYY *do，ir,1,8 Rmore ! 定义0值 *enddo Rmore,-CXX,-CXY $ rmore，CXX，CXY Rmore,-CYX,-CYY $ rmore，CYX，CYY
所谓的坎贝尔图就是监测点的振动幅值作为转速 和频率的函数，将整个转速范围内转子振动的全部分 量的变化特征表示出来，在坎贝尔图中横坐标表示转 速，纵坐标表示频率，其中强迫振动部分，即与转速 有关的频率成分，呈现在以原点引出的射线上，振幅 用圆圈来表示，圆圈直径的大小表示信号幅值的大小， 而自由振动部分则呈现在固定的频率线上。
转子动力学
转子动力学转子动力学是一门重要的物理学分支，也是应用物理学中最为重要的学科之一。
它主要研究的是转子的运动学特性，以及利用转子的动力原理开发机械设备。
本文以转子动力学为主题，重点介绍其原理及应用。
一、转子动力学的概念转子动力学是一门研究转子的运动、力学和热学特性的学科。
转子动力学的研究目的在于利用转子的驱动能量，有系统地研究转子在应用中的效率、稳定性和完整性等。
转子动力学本质上就是一门利用动能原理，设计和制造机械设备的学科。
二、转子动力学的原理转子动力学的基本原理是利用外输入动能作用于转子上，使转子按照预定轨迹运动，实现转子机构的运动。
运动学分析是探究转子动力学的基本方法，考察转子的运动行为，建立转子运动的数学模型，得出关于转子的动力方程，从而预测转子的运动过程。
三、转子动力学的应用转子动力学广泛应用于机械设备的设计和制造中，是机械行业必不可少的技术。
它大量用于轴承式发动机和汽车机构中，使得发动机更为可靠，减少振动，提高效率。
空气动力学领域，转子动力学用于飞机推进器研制，使飞机获得更大的推进性能。
涡轮机的实际应用，以及汽车发动机的电子管理，也大量用到了转子动力学的原理。
四、转子动力学的发展转子动力学由古代希腊数学家赫拉克利特提出，在20世纪初经历了飞跃发展，后来不断深入到轴承式机构、涡轮机和其他机械设备中，使这项学科延续了几百年。
随着机械领域的发展，转子动力学也受到了不断推动。
现在，转子动力学已经发展到了智能化、节能高效的水平。
未来，转子动力学还将受到更多的关注，技术也将朝着智能化、先进化的方向发展。
总结以上就是转子动力学的概述，它主要研究的是转子的运动学特性，利用外输入动能作用于转子上，使转子按照预定轨迹运动，从而实现转子机构的运动。
它广泛应用于机械设备的设计和制造，是机械行业不可或缺的技术。
转子动力学受到不断推动，未来还将受到更多的关注。
ANSYS转子动力学分析
ANSYS转子动力学分析ANSYS转子动力学分析是一种通过ANSYS软件进行转子系统的动力学仿真分析方法。
转子动力学分析是用于研究和评估机械设备中转子系统动力学性能的一种方法。
它可以帮助工程师了解转子系统的受力、振动、疲劳寿命等关键参数，并优化设计以提高系统的稳定性和可靠性。
在进行ANSYS转子动力学分析时，首先需要建立转子系统的几何模型。
这可以通过CAD软件绘制转子的三维模型，然后将模型导入到ANSYS中进行后续分析。
在建立几何模型时，需要考虑转子的形状、尺寸、支撑结构等因素，并确定转子系统的边界条件。
建立几何模型后，需要定义转子的材料性质。
转子的材料性质对其受力和振动特性有着重要影响。
常见的转子材料包括金属、复合材料等。
在ANSYS中，可以通过指定材料的弹性模量、泊松比、密度等参数来定义转子的材料性质。
在进行ANSYS转子动力学分析时，需要考虑转子的受力和激振源。
转子受力包括离心力、惯性力、外部载荷等，可以通过动力学方程来描述。
而激振源可以是旋转不平衡、激励力等，可以通过在特定位置施加外部载荷来模拟。
转子动力学分析的关键步骤是求解转子系统的运动方程。
在ANSYS中，可以通过有限元方法来离散化转子系统，将其分解为有限数量的节点和单元，然后使用动力学方程对节点进行求解。
需要注意的是，转子系统通常是一个大型非线性动力学系统，需要进行迭代求解才能获得准确的结果。
在求解转子系统的运动方程后，可以通过后处理分析来获取有关转子动力学性能的参数。
常见的参数包括转子的振动幅值、振动速度、应力、疲劳寿命等。
这些参数可以用于评估转子系统的稳定性和可靠性，帮助工程师优化设计并提高系统的性能。
总之，ANSYS转子动力学分析是一种通过ANSYS软件进行转子系统的动力学仿真分析方法。
通过建立几何模型、定义材料性质、求解运动方程和后处理分析，可以评估转子系统的动力学性能，并优化设计以提高系统的稳定性和可靠性。
旋转机械多盘转子动力学特性分析
第一章绪论1.1 引言转子多为动力机械和工作机械中的主要旋转部件。
典型的转子有透平机械转子、电机转子、各种泵的转子和透平压缩机的转子等。
转子在某些特定的转速下转动时会发生很大的变形并引起共振，引起共振时的转速称为转子的临界转速。
在工程上，工作转速低于第一阶临界转速的转子称为刚性转子，大于第一阶临界转速的转子称为柔性转子。
由于转子作高速旋转运动，所以需要平衡。
静平衡主要用于平衡盘形转子的惯性力。
刚性转子的动平衡可以通过通用平衡机来平衡惯性力和惯性力偶，消除转子在弹性支承上的振动。
柔性转子的动平衡比较复杂，从原理上区分，有振型平衡法和影响系数法两类。
旋转部件被广泛地应用于燃气轮机、航空发动机、压缩机及各种电动机等机械装置中。
在电力、航空、机械、化工、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用。
随着现代化工业的发展，各种旋转机械向高速、细长、高效的方向发展，同时却要求噪声及振动更小、寿命更长、工作更可靠。
这就给设计者们提出了越来越严峻的要求。
由于转子的振动，造成了工程上很多不必要的损失。
所以对其动力学特性的研究也形成了一门专门的学科——转子动力学。
转子动力学在国内外都是一门非常活跃的学科, 每年都有大量的文章发表。
转子动力学是研究所有及旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性, 包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。
这门学科研究的主要范围包括: 转子系统的动力学建模及分析计算方法；转子系统的临界转速、振型及不平衡响应；支承转子的各类轴承的动力学特性；转子系统的稳定性分析；转子平衡技术；转子系统的故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术；密封动力学；转子系统的非线性振动、分叉及混沌；转子系统的电磁激励及机电耦联振动；转子系统动态响应测试及分析技术；转子系统振动及稳定性控制技术；转子系统的线性及非线性设计技术及方法。
转子动力学研究的目的和任务是为旋转机械转子的优化设计、提高效率、保证安全、减少故障和延长寿命提供理论和技术上的支持及保障。
ANSYS转子动力学分析
分析类型
Modal, Transient, Harmonic
Static, Modal, Transient,
Harmonic
功能和常用命令
• Omega command – (OMEGA, CMOMEGA) • Coriolis command – (CORIOLIS) • Campbell diagram - (PLCAMPB, PRCAMPB, CAMPB) • Backward / forward whirl & instability • Multi-spool rotors • Whirl orbit plots – (PLORB, PRORB) • Bearing element – (COMBIN214) • Unbalance response (SYNCHRO)
• 这种情况采用 SYNCHRO 命令
• 在谐响应分析中，可以定义不平衡激励力 (F = Ω2 * Unb)作用在 某个节点上。
不平衡响应 …
Load vector
[M
]⎨⎧
⎩
&u& &u&
y z
⎫ ⎬ ⎭
+
[C
]⎨⎧
⎩
u& u&
y z
⎫ ⎬
[K
⎭
]⎨⎧
⎩
u u
y z
⎫ ⎬ ⎭
=
⎧ ⎨ ⎩
Fy Fz
对比项
Stationary Frame
Rotating Frame
单元类型
BEAM4, PIPE16, MASS21, SOLID45, SOLID95, SOLID185, SOLID186, BEAM188, BEAM189.
基于ANSYS的电机转子的动力学分析
基于ANSYS的电机转子的动力学分析电机转子的动力学分析是电机设计过程中非常重要的一步，它可以帮助工程师优化电机的性能和可靠性。
在进行动力学分析时，通常使用工程仿真软件ANSYS来模拟和分析电机的运动和力学行为。
在进行电机转子的动力学分析时，首先需要确定电机的结构和材料参数。
这包括电机的转子形状、材料特性、叶轮和叶片的结构等。
然后，利用ANSYS软件进行有限元建模，将电机的各个部分进行离散化，确定有限元的节点数和单元类型。
在建立有限元模型时，需要考虑电机的几何形状、质量和惯性分布。
在建立完有限元模型之后，可以利用ANSYS中的动力学分析功能对电机进行力学行为的仿真。
动力学分析可以包括转子的自由振动、受迫振动、失稳分析等。
通过动力学分析，可以了解电机的固有频率、模态形状以及受激励时的响应特性，并根据分析结果进行电机结构参数的优化。
动力学分析还可以帮助工程师评估电机的可靠性和耐久性。
通过对电机在不同工况下的振动、应力、变形等进行分析，可以判断电机在长时间运行过程中是否会出现疲劳破坏、松动等问题。
在动力学分析中还可以考虑电机与周围环境的相互作用，比如电机在高速运转时的气动力、流体力学效应等。
除了动力学分析，ANSYS还可以进行热分析、磁场分析等多种物理场的耦合分析。
通过将转子的动力学分析与热分析、磁场分析等相结合，可以全面评估电机的性能和可靠性。
总之，基于ANSYS的电机转子的动力学分析对于电机设计和性能优化非常重要。
通过动力学分析，可以优化电机的结构参数，提高电机的振动和噪音性能，保证电机的可靠性和耐久性。
同时，动力学分析还可以帮助工程师深入了解电机的机械行为和响应特性，提供有效的设计指导和优化建议。
ANSYS转子动力学分析——安世亚太
ANSYS转子动力学分析——安世亚太ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用来进行各种结构和流体力学分析。
转子动力学分析是ANSYS在机械领域中的一项重要应用。
通过转子动力学分析，我们可以研究旋转机械的动力学特性，如固有频率和模态形态等。
首先，转子动力学分析需要建立一个适当的模型。
我们可以使用ANSYS中的几何建模工具来创建转子的几何形状，包括转子的轴线、轴承和叶片等。
同时，我们还需要输入材料的物理参数，如密度、弹性模量和泊松比等。
这些参数将直接影响到转子的动力学响应。
在模型建立完成后，我们需要设置求解器的参数。
转子动力学分析通常使用频域分析方法进行求解，因此我们需要设置频率范围和步长等参数。
此外，我们还需要选择适当的边界条件和约束条件，以模拟转子的实际运行情况。
接下来，我们可以开始进行转子动力学分析。
首先，我们可以使用预处理工具对转子模型进行网格划分，以获得较为精确的数值解。
然后，我们可以使用求解器来求解转子在不同频率下的响应。
ANSYS使用有限元方法进行求解，通过求解结构的特征方程和频域模态方程，可以得到转子的固有频率和振型等信息。
在分析结果完成后，我们可以进行后处理工作。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以帮助我们对转子的响应进行可视化和分析。
我们可以绘制转子的振型图和频谱图，以直观地了解转子的动态响应。
此外，我们还可以计算转子的最大振幅、协调系数和谐波响应等指标，以评估转子的动力学性能。
综上所述，ANSYS转子动力学分析是一种可以帮助我们研究旋转机械的动力学特性的工程分析方法。
通过建立合理的模型、设置适当的参数、进行准确的求解和细致的后处理，我们可以获得转子的固有频率和响应特性等重要信息，为转子的设计和优化提供科学依据。
ANSYS的应用于转子动力学分析，极大地提高了工程师的工作效率和分析准确性，为机械领域的发展做出重要贡献。
航空发动机整机有限元模型转子动力学分析
文献综述
航空发动机整机振动耦合动力学模型的研究是近年来动力学领域的一个研究热 点。国内外学者针对该模型建立了不同的数学模型，如有限元模型、刚体动力 学模型等。这些模型的应用范围各有不同，有的适用于发动机稳态工况下的振 动分析，有的则适用于瞬态工况下的振动分析。同时，研究者们还提出了各种 不同的模型验证方法，如实验测试、数值模拟等。
在双转子航空发动机整机振动建模中，需要考虑转子系统的动态特性、支承系 统的非线性特性以及气动负荷等因素的影响。为了准确地模拟这些因素，可以 采用有限元方法、多体动力学方法、传递矩阵法等数值计算方法进行建模。同 时，根据实际测试数据，对模型进行校准和验证，以保证模型的有效性和准确 性。
数据处理
对于双转子航空发动机整机的振动数据，需要选取具有代表性的样本进行处理。 首先，对原始数据进行预处理，包括去除噪声、填充缺失值等操作。随后，将 数据进行离散化处理，即将连续的振动信号转换为离散的样本点。在此基础上， 对数据进行变换处理，如傅里叶变换、小波变换等，以进一步提取数据的特征。
结论
本次演示对双转子航空发动机整机振动建模与分析进行了详细探讨。通过建立 振动模型，分析振动的频率、时域和空域特性，可以深入了解双转子航空发动 机的振动行为。然而，在实际应用中仍存在一些不足之处，例如模型复杂度高、 计算量大等问题，需要进一步研究和优化。
未来研究方向可以包括以下几个方面：1）提高振动建模的精度和效率；2）考 虑多种影响因素的综合作用；3）开展实验研究，将理论分析与实际测试相结 合；4）探索新的减振技术与方法。总之，通过不断完善和优化双转子航空发 动机整机振动建模与分析方法，有助于提高航空发动机的性能和稳定性，为我 国航空事业的发展做出贡献。
文献综述
转子动力学主要研究转子系统的振动、稳定性、疲劳等问题。随着计算机技术 和有限元方法的不断发展，转子动力学分析逐渐从传统的一维模型向更复杂的 有限元模型转变。在航空领域，许多学者已经对航空发动机转子动力学进行了 深入研究，包括建模、有限元方法的应用、转子动力学的理论分析等方面。
Ansys转子动力学
基于ANSYS的转子动力学分析1、题目描述如图1-1所示,利用有限原原理计算转子临界转速以及不平衡响应。
图1-1 转子示意图及尺寸2、题目分析采用商业软件ANSYS进行分析，转子建模时用beam188三维梁单元,该单元基于Timoshenko梁理论，考虑转动惯量与剪切变形的影响。
每个节点有6个(三个平动,三个转动)或7各自由度（第七个自由度为翘曲，可选）。
轴承用combine214单元模拟。
该单元可以模拟交叉刚度和阻尼。
只能模拟拉压刚度，不能模拟弯曲或扭转刚度。
该单元如图2-1所示，其有两个节点组成，一个节点在转子上，另一个节点在基础上。
图 2-1 combine214单元对于质量圆盘，可以用mass21单元模拟，该单元有6个自由度，可以模拟X,Y,Z 三个方向的平动质量以及转动惯性。
3、计算与结果分析 3.1 转子有限元模型建模时，采用钢的参数，密度取37800/kg m ，弹性模量取112.1110pa ，泊松比取0.3。
轴承刚度与阻尼如表1所示，不考虑交叉刚度与阻尼，且为各项同性。
表 3-1 轴承刚度与阻尼参数Kxx Kyy Cxx Cyy 4e7N/m4e7N/m4e5N.s/m4e5N.s/m将转子划分为93个节点共92个单元。
有限元模型如图3-1所示。
图3-1 转子有限元模型施加约束时，由于不考虑纵向振动与扭转振动，故约束每一节点的纵向与扭转自由度，同时约束轴承的基础节点。
施加约束后的模型如3-2所示。
图3-2 施加约束后的有限元模型3.1 转子临界转速计算在ANSYS中可以很方便的考虑陀螺力矩的影响。
考虑陀螺力矩时，由于陀螺矩阵是反对称矩阵，所以求取特征值时要用特殊的方法。
本文考虑陀螺力矩的影响，分析了在陀螺力矩的影响下，转子涡动频率随工作转速的变化趋势，其Campell图如图3-3所示。
同时给出了转子的前四阶正进动涡动频率与反进动涡动频率以及固有频率。
如表3-2所示。
表3-2 转子涡动频率随转速的变化Ω(rpm)010000200003000040000ω(Hz)54.73854.83355.02755.24855.478 F1ω(Hz)54.73854.13153.93853.71853.489 B1ω(Hz)174.12174.85175.61176.38177.14 2Fω(Hz)174.12173.31172.55171.78171.02 2Bω(Hz)301.97303.56305.18306.82308.46 3Fω(Hz)301.97300.35298.76297.19295.63 3Bω(Hz)484.00488.60493.24497.93502.65 F4ω(Hz)484.00479.44474.92470.45466.02 4B图3-3 转子Campell图从表3-2与图3-3可以看出,陀螺力矩提高了转子的正向涡动频率,降低了转子的反向涡动频率。
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B
A
Ψ
OI
Y
（4）稳定性
转子保持无横向振动的正常运转状态的性能。若转子在运动 状态下受微扰后能恢复原态，则这一运转状态是稳定的；否 则是不稳定。 转子稳定性问题的主要研究对象是油膜轴承。油膜对轴颈的 作用力是导致轴颈乃至转子失稳的因素。该作用力一般是通 过线性化方法，将作用力表示为轴颈径向位移和径向速度的 线性函数。从而求出转子开始进入不稳定状态的转速-门限转 速。 导致失稳的还有材料的内摩擦和干摩擦，转子的弯曲刚度或 质量分布在两个正交方向的不同，转子与内部流体或与外界 流体的相互作用，等等。
为单元组件指定围绕用户定义轴旋转速度
为旋转结构施加陀螺效应，同时也可以施加旋转阻 尼影响
为旋转结构指定围绕总体坐标轴的旋转速度 在同步或异步谐响应结构的指定激励频率
后处理命令（/POST1） 生成时间-谐振求解模块的动画或是模态振型
画坎贝尔图 显示轨道运动 打印坎贝尔图和临界速度 输出轨道运动的特点
（2）涡动
转子正常的旋转也包含了涡动的概念。例如转子在不平 衡力矩作用下，转轴发生挠曲变形，转轴以角速度ω在空 间旋转，此时转轴的运动实际上是两种运动的合成。一种 是转轴绕其轴线的定轴转动，转动角速度就是旋转速度ω； 另一种则是变形的轴线绕其静平衡位置的空间回转，回转 角速度仍然是ω，在这里称为涡动。正常转轴的涡动角速 度Ω和旋转角速度ω相等，因此称它为同步涡动。当转子发 生自激振动时，由于涡动转速与转子转速不符，将发生异 步涡动。如果涡动的运动方向与旋转方向相同，称为正向 涡动（FW），反之则为反向涡动（BW）。
[M ]{U}[C]{U}[K ]{U} {F}
在转子动力学中，这个方程要增加陀螺效应和旋转阻尼， 其动力学方程如下：
[M ]{U} ([C] [G]){U} ([K ] [B]){U} {F}
陀螺矩阵[G]取决于转速，并且对转子动力学计算做主要的贡 献。这个矩阵对于转子动力学分析是必不可少的。旋转阻尼 矩阵[B]并且也取决于转速。它明显地修改结构刚度，并且能 够使结构产生不稳定的运动
3、常用的术语
（1）陀螺效应 所谓陀螺效应，就是旋转着的物体具有像陀螺一
样的效应。陀螺有两个特点：进动性和定轴性。简单 来说，陀螺效应就是旋转的物体有保持其旋转方向 （旋转轴的方向）的惯性。
对于一个绕轴Δ旋转的结构，如果在垂直于轴Δ施 加一个扰动会发生进动且会出现反力矩。这个反力矩 就是陀螺力矩。陀螺力矩的轴垂直于旋转轴也垂直于 进动轴。这将导致陀螺矩阵耦合了垂直于旋转轴平面 上的自由度。这也导致陀螺矩阵为非对称矩阵。
转子动力学分析
一、概述
➢ 转子动力学是研究轴向对称结构的旋转过程振动行为的一 门科学。例如，发动机、转子、光盘驱动器和涡轮机这些 设备。
➢ 通过研究惯性对结构的影响可以改进设计并且可以降低失 效的概率。像燃气轮机这样的高速旋转设备，必须要考虑 旋转件的惯性影响以便准确地预测转子的行为。
➢ 动平衡的理论根据就是转轴的弯曲振动和圆盘的质量以及 偏心距的大小的一定确定关系。
（3）椭圆轨迹
在大多数情况下，旋转轴上的节点稳态轨道也叫做轨迹， 且是个椭圆形状。它的特点如下：
1处的椭圆由 长半轴A，短半轴B和相位角Ψ（PSI），定义如图
2）ϕ（PHI）定义了节点的初始位置。为了比较结构中两个 节点的相位，用户要检查Ψ+φ。YMAX和ZMAX分别是沿着Y轴和 Z轴方向上的最大位移。 Z
2、常用的单元
旋转结构中的单元必须考虑旋转角度中包含的 陀螺效应。以下单元为转子动力学分析中常用的单 元：BEAM4，PIPE16，MASS21，SHELL63，BEAM188， SHELL181，BEAM189，SOLID45，SOLID95，SOLID185， SOLID187，SOLID272，SOLID273，SHELL281， PIPE288，PIPE289。
旋转结构的不稳定的常见原因有如下几种： ➢ 轴承特性。 ➢ 内部的旋转阻尼。 ➢ 旋转部分和静态部件之间的接触。
➢ “临界转速”：临界转速主要是针对轴的横向振动（弯曲 振动）而言的。对临界转速的计算和研究就是转子动力学 的主要内容之一。
➢ ANSYS软件转子动力学求解模块，详细系统地讲解转子动力 学问题中从模型的建立、求解到后处理获得临界转速，运 动轨迹和稳定性等一系列问题。
1、通用动力学方程
通用动力学方程：
陀螺效应：重力对高速旋转中的陀螺产生的对支撑 点的力矩不会使其发生倾倒，而发生小角度的进动。 此即陀螺效应。一言以蔽之，就是物体转动时的离 心力会使自身保持平衡。
旋转阻尼：旋转阻尼可以理解为是一个旋转式溢流阀， 主油泵出口的高压油经一节流孔或节流针阀引入一个圆 形油腔室，油腔室有若干根圆形空心管（溢流管）均布 向心排列，在圆心侧接有无压回油通道，溢流管随转轴 一起旋转，油腔室的油经圆形空心管由油腔室外缘流向 圆心侧，由于离心力的作用，对油的流动形成阻尼。转 速生高，离心力大，阻尼力大，经圆形空心管溢出的油 少，油腔室的油压就大，转速降低，离心力小，经圆形 空心管溢出的油多，油腔室的油压就小。
2、有限单元法模拟转子动力学的优点
传统方法采用集中质量法模拟转动结构。这种方法采用 质心来计算转子动力学问题。这种方法的主要缺点是不能 准确的计算质量、惯性的大小和位置，从而导致系统的参 数的计算不准确。
ANSYS软件基于有限单元法提供了一种有效计算和分析 转子动力学问题的途径，并且计算精度更高，具有以下优 点： ➢ 准确地模拟转子系统质量和惯性； ➢ 提供了大量能够模拟陀螺效应的单元； ➢ 可以使用外部的CAD软件建立的实体模型； ➢ 实体单元即可以考虑到转盘的柔性也可以考虑到转盘和轴
的耦合振动； ➢ 在完全法或子结构计算中可以包含转子系统的支撑部件。
二、转子动力学分析工具
1、常用的命令
CAMPBELL CMOMEGA
CORIOLIS
OMEGA SYNCHRO
ANHARM PLCAMP PLORB PRCAMP PRORB
求解命令 准备结果文件，以便为预应力结构生产Campbell图