ANSYS用于转子临界转速计算

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基于ANSYS的转子临界转速计算

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第２５卷
第５期
青海大学学报（自然科学版）
Ｖ１２ｏ５０．５Ｎ．Ｏｃ．０ｒｔ２０７
２Ｏ年ｌＯ７Ｏ月来自Ｊｒｌｆｉｉｎｅｉ（ａｒＳｅｃ）ｏｎＩｉｒｔＮｔｅｃｎｅｕａｏＱｌＵｖｓｙｕｉａ
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１９
２１ＡＳＳ．ＮＹ的临界转速计算方法
ＡＳＳＮＹ是一大型通用有限元软件，其模态分析可用于确定设计结构
或机器部件的振动特性（固有频率和振型）。模态分析使用传递矩阵方法计算，具有很高的效率和精度。ＡＳＳＮＹ计算转子临界转速可用ＢＡ、ＩＥ６ＣＢＮ４用于模拟带阻尼的弹性支撑）元通过设置单ＥＭ４ＰＰ１、ＯＩｌ（单元选项来添加转子自转角速度以及回转效应，同时选取ＤＭＡＰ方法求解特征值。ＤＭＡＰ方法采用复数特征值的分析方法。ＡＳＳ的复数特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，ＮＹ分析过程与实特征值分析类似。虚部表示系统的振动频率，实部表示系统解的稳定性特性（大于零发散，小于零稳定）。采用有限元方法计算转子临界转速时，转子会出现正进动和反进动。由于陀螺效应的作用，］随着转子自转

ANSYS中的转子动力学计算

ANSYS 中的转子动力学计算安世亚太许明财转子动力学是固体力学的一个重要分支，它主要研究旋转机械的“转子－支承”系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，其主要研究内容有几个方面：临界转速、动力响应、稳定性、动平衡技术和支承设计。

在旋转机械研究设计中，转子动力学的性能分析是极其重要的一个方面。

旋转机械广泛应用于以下领域: y 涡轮机械 y 能量站 y 机械工具 y 汽车y 家用器械 y 航空领域 y 船舶推进系统 y 医疗器械 y 计算机设备传统的转子动力学分析采用传递矩阵方法进行，由于将大量的结构信息简化为极为简单的集中质量—梁模型，不能确保模型的完整性和分析的准确度；而有限元在处理转子动力学问题时，可以很好地兼顾模型的完整性和计算的效率，但多年来转子的“陀螺效应”一直是制约转子动力学有限元分析的“瓶颈”问题。

ANSYS 很好地解决了动力特性分析中“陀螺效应”影响的问题，而且陀螺效应的考虑不受计算模型上的限制，使得转子动力学有限元分析变得简单高效。

本文对ANSYS 的转子动力学计算功能进行简要介绍。

1 ANSYS 转子动力学的理论基础ANSYS 转子动力学分析中，两种参考坐标系可供选择：静止坐标系和旋转坐标系。

空间点P 在静止坐标系（其原点在O′）下的位置矢量为r′，在旋转坐标系（其原点在O）下的位置矢量为r。

在静止坐标系下转子的动力方程为：[][][]{}F {u}K }u ]){gyr [C C (}u{M =+++&&& 式中:为陀螺效应矩阵]gyr [C在旋转坐标系下转子的动力方程为：[][][]{}F }r ]){u spin [K K (}ru ]){cor [C C (}r u {M =−+++&&& 式中:为哥氏效应矩阵, 为旋转软化效应刚度矩阵]cor [C ]spin [K 2 ANSYS 转子动力学的计算功能和新技术ANSYS 转子动力学计算包含如下功能：y 无阻尼临界转速分析 y 不平衡响应分析 y 阻尼特征值分析 y 涡动和稳定性预测典型的应用包括: y 轴的弯曲变形 y 扭转振动 y 转子轴未对准 y 旋转部分的平衡 y 流制振动为了分析时计入哥氏效应、陀螺效应和支承的影响，ANSYS 发展了下列新技术单元：SHELL181 4节点有限应变壳单元 PLANE182 二维4节点结构实体单元 PLANE183 二维8节点结构实体单元 SOLID185 三维8节点结构实体单元 SOLID186 三维20节点结构实体单元 SOLID187 三维10节点四面体结构实体单元BEAM188 三维一次有限应变梁单元 BEAM189 三维二次有限应变梁单元 SOLSH190 三维8节点层合实体-壳单元 COMBIN214二维轴承单元(可变刚度和阻尼)ANSYS 考虑陀螺效应时没有计算模型上的限制，故可选择一维（梁、管）、二维（轴对称）和三维复杂计算模型进行分析。

ANSYS模态分析在汽轮发电机转子临界转速计算上的应用

2009年第 3期第 44卷 (总第 148期 )
( EXPLOSION - PROOF ELECTRIC MACH INE)
防爆电机
AN SY S模态分析在汽轮发电机转子临界转速计算上的应用
李贞婷
佳木斯煤矿机械有限公摘要高速汽轮发电机转子的临界转速是汽轮发电机转子设计中的一个重要参数, 随着计算机技术的不断发展, 使得能够全面考虑影响汽轮发电机转子临界转速因素, 计算结果更接近于实际的有限元分析法的应用将会越来越广泛。文章详细介绍了利用 AN SY S有限元软件的模态分析功能, 计算汽轮发电机转子临界转速的方法和计算结果的后处理过程。
得到两组数值, 分别为转子正进动和反进动, 由于陀螺效应的影响, 随着转子转速的升高, 正进动固有频率将会提高, 反进动固有频率将会降低, 根据固有频率的定义, 应只对正进动固有频率分析。 ANSYS系统模态分析提取的一阶和二阶固有频率数值对应旋转速度值见表 2。
表 2 转子固有频率旋转速度变化表
合理保证装压压力和铁心叠压系数, 提高定子冲片装压质量, 采取措施减小片厚差的影响, 提高定子冲片与定子筋的焊接质量, 提高定子筋与机座环筋板的焊接质量。在设计时充分考虑轭部磁密的基础上, 增加定子铁心的轭部高度以提高其刚度。 3. 10 提高转子铁心对齐度
提高转子冲片装压质量, 在转子铁心两端增加固定压圈, 以减小冲片变形, 转子在加工外径
38
所示。
图 1 汽轮发电机转子模型图
1. 5 约束与载荷汽轮发电机转子临界转速有限元分析模型约
束与载荷见表 1。
表 1 汽轮发电机转子临界转速有限元分析模型约束与载荷

基于ANSYS Workbench的飞轮转子临界转速计算分析

基于ANSYSWorkbench的飞轮转子临界转速计算分析任正义a，朱健国b，杨立平a（哈尔滨工程大学a.工程训练中心;b.机电工程学院，哈尔滨150001）摘要：以电磁轴承支撑的飞轮转子为研究对象，建立飞轮转子的有限元模型，基于ANSYS Workbench软件对转子系统临界转速进行求解。

分析了阻尼和支撑刚度对飞轮转子系统前三阶临界转速的影响。

结果表明，阻尼对飞轮转子临界转速没有影响，支撑刚度使临界转速增加，并计算出最佳的支撑刚度调整范围。

关键词：飞轮转子；ANSYS Workbench；临界转速；阻尼；支撑刚度中图分类号:TH133.7文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）09-0023-03 Calculation and Analysis on Critical Speed of Flywheel Rotor Based on ANSYS WorkbenchREN Zhengyi a,ZHU Jianguo b,YANG Liping a(a.Engineering Training Center;b.College of Mechanical and Electrical Engineering,Harbin Engineering University,Harbin150001,China) Abstract:Critical speed causes vibrations in the rotating system and affects system operation.The calculation and analysis of critical speed is an important issue.Taking the flywheel rotor supported by the electromagnetic bearing as the research object,the finite element model of the flywheel rotor is established,and the critical speed of the rotor system is solved based on ANSYS Workbench software.The influence of damping and supporting stiffness on the first three critical speeds of the flywheel rotor system is analyzed.The results show that the damping has no effect on the critical speed of the flywheel rotor,and the support stiffness increases the critical speed.The adjustment range of the optimum support stiffness is calculated.Keywords:flywheel rotor;ANSYS Workbench;critical speed;damping;support stiffness0引言能源问题如今已经成为全球瞩目的关键性问题，开发新能源成为各国研究的重点。

ANSYS模态分析在螺杆压缩机转子临界转速计算上的应用

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戴勇
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张志清
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转子临界转速计算 [J ] 31
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采用有限元软件
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对螺杆压缩机转子
进行临界转速的分析计算考虑到了更多的影响
因素螺杆压缩机的转子可以保持完整的几何模
，
速的计算是计算转子的固有特性而扭转临界转
，
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速的影响也分析了轴承油膜刚度的八个特性系
数的影响计算时要将轴承油膜模化成弹簧和阻

ANSYS用于转子临界转速计算

ANSYS用于转子临界转速计算ANSYS是一种流体力学仿真软件，可以用于转子临界转速的计算。

转子临界转速是指转子在超临界转速时，由于离心力的作用下，形成的由于离心力和负载产生的振动达到最大值的转速。

转子临界转速是一个非常重要的参数，它决定了转子的最大可运行速度，超过这个速度，转子可能发生不稳定振动、失稳并可能引发严重的事故。

在进行转子临界转速计算时，首先需要建立转子的几何模型。

ANSYS 提供了多种几何建模工具，可以根据转子的实际形状和尺寸，创建合适的几何模型。

接下来，需要定义转子材料的力学性质。

ANSYS可以通过确定材料的弹性模量、泊松比等力学参数，来描述转子在受力时的行为。

然后，需要设置边界条件和加载条件。

边界条件包括转子的固定支承位置和方向，加载条件则包括外部的离心力和负载力等。

这些条件将影响到转子的振动和应力分布。

在完成几何建模和边界条件设置后，可以开始进行转子临界转速的计算。

ANSYS提供了多种求解器和求解算法，可以根据实际情况选择适合的求解方法。

通过对转子的几何模型、边界条件和加载条件进行离散化和数值求解，得到转子在不同转速下的振动和应力分布结果。

转子临界转速计算的结果包括转子的固有频率、振型和应力分布等。

可以通过分析这些结果，确定转子的临界转速。

除了临界转速计算，ANSYS还可以进行其他与转子振动相关的模拟和优化。

例如，可以通过模拟转子在不同条件下的振动响应，来评估转子的结构强度和刚度，以及寻找优化设计方案。

总之，ANSYS是一种功能强大的流体力学仿真软件，可以用于转子临界转速的计算。

通过建立几何模型、定义材料性质、设置边界条件和加载条件，并使用合适的求解方法，可以模拟并计算转子的振动和应力分布，得到转子的临界转速。

这对于转子的安全运行和设计优化具有重要意义。

基于ANSYS的转子临界转速计算

基于ANSYS的转子临界转速计算
王宁峰;王桂红
【期刊名称】《青海大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2007(025)005
【摘要】利用ANSYS自带的编程语言APDL,参数化有限元模型和快速求解临界转速,在ANSYS平台上完成离心机临界转速分析.
【总页数】5页(P18-21,31)
【作者】王宁峰;王桂红
【作者单位】青海大学化工学院,青海,西宁,810016;青海大学化工学院,青海,西宁,810016
【正文语种】中文
【中图分类】TB532
【相关文献】
1.基于ANSYS的发动机转子临界转速计算 [J], 王海朋;戴勇;张志清;张逊
2.利用ANSYS和坎贝尔图对燃气轮机压气机转子模态及临界转速的分析计算 [J], 龚建政;钟芳明;贺星;汤华涛
3.ANSYS模态分析在螺杆压缩机转子临界转速计算上的应用 [J], 岳平
4.基于ANSYS轴承试验台转子轴承系统临界转速计算 [J], 冯贺;王建梅;王生龙;孟凡宁
5.基于ANSYS Workbench的飞轮转子临界转速计算分析 [J], 任正义; 朱健国; 杨立平
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ANSYS模态分析在电机转子临界转速计算上的应用

ANSYS模态分析在电机转子临界转速计算上的应用概述：电机转子的临界转速是指电机转子在运行过程中出现共振或失稳的临界转速。

为了保证电机的稳定运行，需要对其临界转速进行计算和分析。

ANSYS（工程仿真软件）的模态分析是一种常用的方法，可以用于计算电机转子的临界转速。

模态分析是指通过对电机转子进行振型计算和分析，得出其共振频率和临界转速。

模态分析通常包括以下几个步骤：1.建立电机转子的有限元模型：将电机转子抽象为由多个节点和弹簧组成的有限元模型，用来描述转子的振动特性。

2.定义边界条件：根据实际情况，定义电机转子的支撑方式和边界条件，以确定转子振动时的约束条件。

3.计算振型和共振频率：通过对有限元模型进行模态分析，得到电机转子的各个振型及其共振频率。

共振频率即为电机转子的临界转速。

4.分析振型特性：根据电机转子的振型，可以分析其频率、振幅、相对位移等特性，以确定可能出现共振或失稳的原因。

5.优化设计：根据分析结果，对电机转子的结构和材料进行优化设计，以提高其临界转速和稳定性。

模态分析在电机转子临界转速计算上的应用：1.临界转速计算：通过模态分析，可以直接得到电机转子的临界转速，从而提前预知电机在哪种转速下容易产生共振或失稳现象。

2.优化设计：模态分析可以帮助发现电机转子结构和材料的问题，通过对振型和共振频率的分析，提供改进和优化设计的参考，以增加电机转子的临界转速。

3.故障诊断：模态分析提供了电机转子振动特性的详细信息，可以用来识别电机转子的故障类型和位置，比如不平衡、轴承损坏等。

从而可以采取相应的维修和维护措施，以避免临界转速的问题。

4.建立安全边界：通过模态分析，可以确定电机转子的临界转速范围，并建立相应的安全边界。

在实际运行中，可以在安全边界内调整转速，以避免共振和失稳问题。

总结：ANSYS的模态分析是一种有效的方法，可以用于电机转子临界转速的计算和分析。

通过模态分析，可以提前预知电机转子在哪种转速下容易出现共振或失稳现象，为电机的优化设计和故障诊断提供依据，从而提高电机的稳定性和可靠性。

ansys workbench临界转速计算

ansys workbench临界转速计算
在ANSYS Workbench中计算临界转速的方法如下：
1. 导入几何模型：使用DesignModeler或者直接导入几何模型
文件（例如.stp或者.step格式）。

2. 设定材料属性：在Engineering Data下的Material中，选择
合适的材料，并设定材料的力学属性，如弹性模量、泊松比等。

3. 设定边界条件：在模型中选择合适的边界条件，以模拟实际工况。

例如，在机械分析中选择Displacement或者Fixed Support。

4. 创建网格：使用Meshing工具生成合适的网格，确保几何模型的准确性和适当的单元密度。

5. 设定求解器设置：在Solution中选择适当的求解器，如静力
分析或者非线性分析，并设定相应的设置，包括求解算法、收敛准则等。

6. 定义扭转边界条件：在Static Structural或者Mechanical中，选择合适的Interface边界条件，以模拟顶盖或者底部固定边界。

7. 进行分析：点击Solve按钮开始求解，等待分析完成。

8. 获取结果：在Results中查看分析结果，根据需要查看位移、
应力等结果。

9. 转速增加：逐步增加转速，重新进行分析，直到发现临界转速。

值得注意的是，临界转速的计算可能需要进行模态分析。

可以使用Modal或者Harmonic Analysis模块来计算模态频率和模
态振型，然后根据临界转速的定义找到与模态频率相等的转速。

基于ANSYS轴承试验台转子轴承系统临界转速计算

基于ANSYS轴承试验台转子轴承系统临界转速计算冯贺;王建梅;王生龙;孟凡宁【摘要】基于ANSYS动力学模块对轴系高速旋转机构进行了模态分析,得到了模态频率随自转速度变化的坎贝尔图,进而获得了临界转速,并分析了不同类型联轴器对转子-轴承系统的临界转速和各阶模态的影响.结果分析表明:处于刚性联轴器下的转子-轴承系统一阶临界转速高于弹性联轴器系统,影响幅度为6%;不同类型联轴器对转子-轴承系统的高阶特征频率影响较大;刚性联轴器对转子-轴承系统的各阶正反进动模态的影响是线性的,而弹性联轴器的影响是非线性的;弹性联轴器一定程度上降低了由于转子弯曲振动而造成油膜轴承损坏的可能性.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】6页(P296-301)【关键词】转子-轴承系统;联轴器;有限元;模态分析;坎贝尔图;临界转速【作者】冯贺;王建梅;王生龙;孟凡宁【作者单位】太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原030024;太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原 030024;太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原 030024;太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TH133.4油膜轴承试验台属于大型旋转机械，临界转速计算是转子动力学特性的重要分析内容之一。

转子轴承系统在达到临界转速时，转子在不平衡质量等因素的激励下会产生很大的振动，严重的会导致机组破坏，影响油膜测试参数的准确度。

因此，在计算临界转速后，合理的设计和调整试验台所需运转工况；或者改变试验台的机械结构，使轴承试验台的运行处在一个相对稳定的状态下，增加转子轴承系统的稳定性，从而保证轴承参数测试的准确度显得至关重要。

联轴器是旋转机械的核心部件，广泛应用于航空航天、重型机械和矿山机械等诸多领域，也是轴承试验台机械结构的重要组成部分。

利用ANSYS进行转子临界转速计算

利用ANSYS进行转子临界转速计算转子临界转速是指转子系统在特定的参数条件下，使转子发生离心振动，从而损坏转子的最高转速。

通过进行ANSYS模拟，可以有效地计算得到转子的临界转速。

ANSYS是一种广泛使用的有限元分析软件，可用于模拟和优化各种工程系统的动态行为。

下面将介绍如何使用ANSYS进行转子临界转速计算的步骤。

步骤1：建立模型首先，需要利用ANSYS的建模工具创建一个转子系统的三维模型。

这个模型应包括转子的几何形状、材料属性、轴承和支撑结构等。

步骤2：定义材料属性在ANSYS中，需要定义转子材料的力学性质，包括弹性模量、密度和泊松比等。

这些材料属性将用于计算转子的刚度和质量特性。

步骤3：设置运动学条件根据实际情况，需要设定转子系统的运动学条件。

这些条件包括转子的转速、转向和初始振动模态等。

在这里，通过设置转子转速为零，以静态条件进行分析。

步骤4：应用边界条件为了准确模拟真实的转子系统，在ANSYS中需要为转子系统应用适当的边界条件。

这些条件包括固定约束、轴承约束和轴向限位等。

步骤5：设置求解器选择适当的求解器来解决转子系统的动态方程。

在ANSYS中有多种求解器可供选择，如模态和频域分析。

通过运行ANSYS分析，可以计算得到转子的模态频率和振动模态。

根据线性振动理论，转子系统达到临界转速时，其中一个或几个模态频率与转子的自然频率相等。

因此，可以通过逐步增加转速并对系统进行频域分析来确定临界转速。

步骤7：结果分析根据ANSYS的计算结果，可以得到转子的临界转速。

此时，需要检查转子系统的振动模态是否符合要求，如果出现相似的振动模态，则说明转子在该转速下会发生离心振动。

步骤8：优化设计如果得到的临界转速低于设计要求，可以进行优化设计。

通过改变转子的几何形状、材料属性或支撑结构等，再次进行ANSYS模拟，以寻找更高的临界转速。

通过以上步骤，可以利用ANSYS进行转子临界转速计算。

这些计算结果对于保证转子系统的可靠性和安全运行至关重要。

基于ANSYS的发动机转子临界转速计算

计算了前2阶固有模态和振型并与试验模态分析结果进行了对比结果表明该计算模型得到的数据与试验模态结果基本一基于ANSYS的发动机转子临界转速计算
针对某小型涡喷发动机转子的实际结构,在ANSYS中建立了三维有限元模型.计算了前2阶固有模态和振型,并与试验模态分析结果进行了对比,结果表明,该计算模型得到的数据与试验模态结果基本一致.在此基础上,对转子的临界转速进行了计算.
作者：作者单位：刊名：航空发动机英文刊名： AEROENGINE 年，卷(期)： 2009 35(5) 分类号： V2 关键词：临界转速航空发动机有限元法动力特性

基于ANSYS软件的转子系统临界转速及模态分析

第２５卷第３期（总第１１５期）李啸夭，等：基于ＡＮＳＹＳ软件的转子系统临界转速及模态分析２０１０年６月随后约束两轴承及的所有自由度及ｚ（轴向）方向的自由度。

载荷根据分析需要进行施加。

中铝发电机转子的集中参数模型，根据经验这里共分有２５个节点，其质量块和轴段的参数如下：ｍ＝［１７７．４３０１．８１６８．５７６．５１６７．５４２９．２８６６．０ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７ｌ１４３．７１１４３．７８６６．０４２９．２１６７．５７９．２１５２．５１４９．８７４．１３０】；ｆ＝【０．３６２００．５１８０Ｏ．１６０００．１１０００．３６０００．６６５００．２７１００．２７１００．２７１００．２７１００．２７１００．２７１００．２７ｌ００．２７１０Ｏ．２７１００．６６５００．３６０００．１１００Ｏ．１７０００．４４０００．１６０００．１２５００】ｋｇ；轴承刚度Ｋ＝１．７６４×１０９Ｎ／ｍ，材料密度ｐ＝７８５０ｋｇ／ｍ３；弹性模量Ｅ＝２１０ＧＰａ；泊松比／ｚ＝０．３；额定工作转速／＇ｔ＝３０００ｒ／ｒａｉｎ。

由于典型的无阻尼模态（振型）基本方程的求解是一个经典的广义特征值问题，有许多方法用于求解。

通用有限元软件ＡＮＳＹＳ提供了７种模态分析求解的方法。

即：Ｓｕｂｓｐａｃｅ法、ＢｌｏｃｋＬａｒｌＣＺＯＳ法ＰｏｗｅｒＤｙｎａｍ．ｉｃｓ法、Ｒｅｄｕｃｅｄ法、Ｕｎｓｙｍｍｅｒｔｉｃ法、Ｄａｍｐ法和ＱＲ．Ｄａｍｐ法。

在大多数的分折过程中，一般ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ法采用Ｌａｎｃｚｏｓ算法，使用稀疏矩阵来求解广义特征值，即通过一组向量来实现Ｌａｎｃｚｏｓ递归１４１。

此处分析采用ＢｌｏｃｋＩ．Ｊａｌ＇ｌＣＺＯＳ进行模态提取。

图１转子轴承系统模型由ＡＮＳＹＳ求得的ｃａｍｐｂｅｌｌ图可知转子临界转速为一。

ｌ＝ｌ３７８ｒ／ｒａｉｎ，ｎ棚＝３９９８ｒ／ｍｉｎ。

利用ANSYS进行转子临界转速计算

第 5期
张利民等 : 利用 ANSYS 进行转子临界转速计算
35
模型, 确定同一阶振型的正进动与反进动固有频率
[ 4]
。由 ANSYS 算出的数据绘制一维模型的
CAMPBELL 图如下:
图 1 COM BI 214 单元
2 算例
2 . 1 算例 1 如图 2 所示的转子 - 支承系统 , 其中转子总长为 1 . 03m, 轴和盘的材料属性如下: 杨氏模量 E = 2 . 06 10 Pa , 密度
7
图 2 双支承转子 - 支承系统
2 . 1 . 1 一维模型求解法在 ANSYS12. 0 软件中建立该转子 - 支承系统的一维模型如图 3 所示。
图 3 一维模型
利用有限元方法计算转子临界转速时, 转子会出现正进动和反进动。由于陀螺效应的作用, 随着转子自转角速度的提高, 反进动固有频率会降低, 而正进动固有频率将提高。根据临界转速的定义 , 应只对正进动固有频率进行分析。在后处理中首先剔除负固有频率, 然后分析各阶模态 2 . 1 . 2 三维模型求解法在 ANSYS12 . 0 中建立的三维模型如图 6 所
2010年 10 月第 27卷第 5期
沈阳航空工业学院学报 Journa l o f Shenyang Institute of A e ronautica l Eng ineer ing
O ct . 2010 V o.l 27 N o. 5
文章编号 : 1007 1385( 2010) 05 0034 04
作者简介 : 张利民 ( 1985 ) , 男 , 河北廊坊人 , 硕士研究生 , 主要研究方向 : 航空发动机强度、振动噪声 , E - m ai: l zhang li m in2828@ 163 . com; 王克明 ( 1954 ) , 男 , 辽宁沈阳人 , 教授 , 主要研究方向 : 航空发动机强度、振动噪声。

利用ANSYS进行转子临界转速计算

算耗用时间短。计算精度较三维模型略差。
１２三维模型．
三维模型采用ＳＬＤ８ＯＩ１５单元。ＳＬＤ８ＯＩ１５单
作者简介：张利民（９５一，，１８）男河北廊坊人，硕士研究生，主要研究方向：航空发动机强度、动噪声，振Ｅ—ｍｉ：ｈｎｍｉ８８ａｌｚａ￣ｉｎ２＠２
的平移和绕，，ｌｚ轴的转动。点的质量和转动，
惯量以实常数形式定义。弹簧阻尼单元可定义为ＣＭＢ１元，ＯＩ４单２单
元模型如图１所示。ＣＭＢ１ＯＩ４由两个节点，‘ ２、，
进行转子系统动力特性分析需建立简化合理的有限元模型。本文介绍了两种有限元建模方法：一维模型法和三维模型法。并用这两种方法对转子
一
（）轴作为弹性直管单元处理，虑剪切１转考形变，分布；质量（）盘和叶片作为点单元处理。点单元的２轮质量为轮盘和叶片的总质量，点单元的转动惯量
收稿日期：００—０２２１６— ８
维模型的优点是：对计算机配置要求低，计
２１年１月第００第５２卷０期７
ＪｕａｏＳｅｙｎｓｔｔｏ院ｏａｔａＥｇｎｅｉｇｏｒｌｆｈｎ沈阳航空ｕ业ｆｅ学报ｌｎｉｅｒｎａｇＩｔ工学ｒｎｕｉｎｉｅＡｃｎ
０ｔＯ０ｃ．ｌ２
Ｖ０．７Ｎｏ５１２．
临界转速和振型。并把两种模型的计算结果与用传递矩阵法求得的计算结果进行了对比。通过

1.(重要)ANSYS用于转子临界转速计算

ANSYS用于转子临界转速计算1 转子临界转速概念转子的固有频率除了与转子结构（和支承结构）参数有关外，它还随转子涡动转速和转子自转转速的变化而变化。

在转子不平衡力驱动下，转子一般作正同步涡动，当转子涡动转速等于转子固有频率时，转子出现共振,相应转速就称为该转子的临界转速。

2 转子临界转速计算对程序的要求计算转子临界转速必须能够考虑旋转结构涡动时产生的陀螺效应对转子临界转速的影响，这是转子临界转速计算同其他非旋转结构固有频率计算的差异所在。

一般有限元程序不具备计算转子临界转速的功能。

3 ANSYS的临界转速计算功能1) 计算转子临界转速可用单元BEAM4；PIPE16。

COBIN14(用于模拟带阻尼的弹性支撑)2) 单元特性及实常数BEAM4和PIPE16:Keyoption(7)=1实常数Spin=转子自转角速度（ω） rad/s。

3) 特征值求解方法选取DAMP方法求解特征值。

4) 计算结果处理采用有限元方法计算转子临界转速时，转子会出现正进动和反进动。

由于陀螺效应的作用，随着转子自转角速度的提高，反进动固有频率将降低，而正进动固有频率将提高。

根据临界转速的定义，应只对正进动固有频率（Ωc）进行分析。

在后处理中首先剔除负固有频率，然后分析各阶模态振型，确定同一阶振型的正进动和反进动固有频率。

改变转子自转角速度（ω），计算出新的Ωc，最后画出Ωc～ω曲线，根据临界转速的定义，当Ωc=ω时，Ωc即所求临界转速。

需注意：由于Ωc的单位为Hz，而ω为rad/s，计算时应转换单位。

4 算例单转子结构如图1所示，转子轴近似无质量，轮盘密度8*104Kg/m3,其余材料参数为：E=200Gpa μ=0.3图1 模型转子结构(mm)理论临界转速：式中，m：轮盘质量；k11：轮盘处转子横向刚度；k22：轮盘处转子弯曲刚度；k12：轮盘处转子横向与弯曲耦合刚度；Jd：轮盘直径转动惯量Jp：轮盘极转动惯量图1所示模型转子的理论临界转速、ANSYS计算结果和一般传递矩阵方法计算的临界转速对比见表1。

(必看)ANSYS转子动力学计算讨论

关于ansys做转子动力学问题若干思考（百思论坛）最近想学习一下ansys做转子动力学分析,看了点资料,有点自己感想还有一些别的网友的建议,个人认为比较不错的贴了出来一转子动力学插件:转子动力学插件演示版我已经用了基本上图形可以出来,由于版本原因例程和实际的对应有点问题,如果要有时间我可以把我做的过程,贴出来.难点:坎贝尔图我有些不太了解1 2 5 10频率还有一些刚度考虑的随转速在变化,有函数关系例子上提到了用matrix27模拟刚度,而它只用了刚度阻尼单元,好像没有考虑刚度x y 的交叉项,另外因为是演示版,节点有所限制总的来说不错!将来的要做的工作:滑动轴承模拟滚动轴承模拟挤压油膜阻尼器密封转定件接触(碰摩)电磁场耦合自润滑轴承(石墨)有感:各位学习ansys的高手,有没有兴趣自己开发上面单元,这是很有用的工作,我很感兴趣,但有碍于自己知识水平有限,尤其理论水平,有心无力,如果有对此感兴趣的希望一起研究研究;另外对于ansys做转子的动力学的书籍市场上几乎没有,呵呵希望能组织一些人力把这本书完成功在当代利在千秋提示:1 根据本人自己瞎琢磨,以及看论坛的各位高手的留言觉得做模态分析临界转速计算一般用实体单元的少由于不能考虑陀螺力矩shaft:可以采用beam系列模拟pipe系列也行这些能考虑陀螺力矩叶轮叶片:采用mass21模拟,计算转动惯量,质量通过实常数设置刚度阻尼陀螺质量矩阵:都可以采用matrix27模拟,当然也有用弹簧阻尼单元做的, 问题有过考虑油膜的非线性怎么模拟?2. 网友1:目前轴承计算,采用将刚度和阻尼的8个系数,以施加力和力矩的方式解决> 这个我没搞懂,如果那位给个例子3Q网友2: Pip16能考虑陀螺力矩的影响,实体单元没有角自由度因此不能考虑陀螺力矩的影响,如果你的转子没有类似大圆盘的部分或者大的转动部分在轴的接近轴向中心,或者转速不高,就不用考虑陀螺力矩的影响,可以先采用pipe16做一下看随着转速提高,陀螺力矩对固有频率的影响.网友3:可用于陀螺矩阵下列单元可用: Mass21\beam4\pipe16\beam188\beam189上面三个网友的解释,转自:simwe3 实体单元solid45我用过计算临界转速,其他的甚么都对称,计算出来的水平和竖直方向的固有频率差很多,不知道甚么原因,和用pipe16模拟的差很多,我觉得约束形式对临界转速影响很大,对于实体单元来说模拟轴承本身就不容易,所以个人倾向于用pipe16模拟轴,计算精度也不差,我做过实验一阶临界转速和实际转子系统几乎不差多少,二阶由于实验很难观察到所以这个没有对比,但是可以采用捶击法测出转子的各阶固有频率进行对比,这个我也大概试过,二阶还是差点!在simwe上的一篇文章计算转子的临界转速！！！! 计算临界转速/PREP7MP,EX,1,2.1e11MP,NUXY,1,0.3Mp,DENS,1,7850ET,1,COMBIN14ET,2,SOLID45R,1,0.1, , ,*afun,deg ! 设置角度为（度默认为弧度）r1=0.025/2r2=0.240/2l=0.025CYL4,0,0,0,0,r1,20VEXT,all, , ,0,0,l,,,,CSYS,1VGEN,18,all, , , ,20, , ,0CSYS,0VGEN,25,all, , , , ,l, ,0ASEL,NONECYL4,0,0,r1,0,r2,20VEXT,all, , ,0,0,l,,,,CSYS,1VGEN,18,all, , , ,20, , ,0VSEL,S,LOC,X,r1,r2VGEN, ,all, , , , ,10*l, , ,1ALLSEL,ALLNUMMRG,ALL, , , ,LOWNUMCMP,ALLLSEL,S,LOC,X,0,r1LSEL,A,LOC,X,r2LESIZE,all, , ,1, , , , ,0LSEL,INVELESIZE,all,l, , , , , , ,0MSHAPE,0,3DMSHKEY,1VSEL, , , ,allVSWEEP,allCM,rotor,VOLUCM,Erotor,ELEMsaveVSEL,S,LOC,Z,10*l,11*l!*/GODK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,OMEGA,0,0,0,1CMOMEGA,EROTOR,100,0,0,,,, , , ,0另外希望大家推荐几个不错的论坛,我现在偶尔上上simwe,最近在刚结构注册了一个帐号好像7天以后才可以发言,现在还在等.大家要是看到有ansys做转子方面的文章论坛还有不错的帖子,希望大家跟贴我想学习一下呵呵谢谢大家!ansys10.0已将考虑了陀螺力矩,加上了这部分功能,可惜我为了装转子动力学插件,现在版本改回了8.1,希望用过10.0这个功能的可以讨论一下,那里不明白,那里懂了!如果有对这方面感兴趣的网友,看看这个帖子相当不错/vi ... 2407&highlight=simwe上的一个帖子【讨论】做转子动力学时：如何获得转子临界转速。

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。