ANSYS转子动力学--单盘转子的临界转速分析
ANSYS转子动力学分析
（仅仅适用于线单元） Z
rotation axis: x
B
Y
A
Ф
Whirl Orbit Plots
Print orbit: PRORB
PRINT ORBITS FROM NODAL SOLUTION *****ANSYS VERIFICATION RUN ONLY***** DO NOT USE RESULTS FOR PRODUCTION
多级转子 Campbell图
Campbell Diagram …
y
ω
Elliptical whirl orbit
As frequencies split with increasing spin velocity, ANSYS identifies:
• forward (FW) and backward (BW) whirl • stable / unstable operation • critical speeds (PRCAMP)
OMEGA/CMOMGA Command
• OMEGA: 该命令指定结构在总体迪卡儿系下的转速（角速度）
转动速度可以在下列分析类型中定义：
• Static • Harmonic - Full or mode superposition • Transient - Full or mode superposition
STATIC, MODAL, HARMONIC, TRANSIENT
转子动力学求解
对比项
Stationary Frame
Rotating Frame
单元类型
BEAM4, PIPE16, MASS21, SOLID45, SOLID95, SOLID185, SOLID186, BEAM188, BEAM189.
ANSYS临界转速计算具体经典算例
ANSYS临界转速计算具体经典算例ANSYS临界转速计算算例1 结构如图1所示单转子结构，密度7800Kg/m3,E=206GPa μ=0.3，2 操作步骤 2.1 建模根据几何模型建立有限元模型，转子主体部分（盘、轴）采用SOLID45单元，支承采用弹簧―阻尼单元COMBIN14。
弹簧―阻尼单元的末端约束所有自由度。
为了避免轴向的刚体位移，将弹簧―阻尼单元始端的轴向自由度约束。
2.2 输入材料参数及弹簧刚度（COMBIN14的实常数）。
Main Menu>Preprocessor>Material Props> Material Models MainMenu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete2.3 将转子主体的所有SOLID单元生成一个COMPONENT，命名为ROTOR。
若为多转子，建立不同的COMPONENT，并按一定的转速关系输入转速。
UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>Create Component2.4 对名称为ROTOR的COMPONENT施加转速（自转转速）。
a）注意对COMPONENT施加转速之前，必须将OMEGA命令中的KSPIN开关设置为1。
即计算时考虑SPIN SOFTENING效应。
但并不利用OMEGA命令输入转速。
Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Angular Velocity> Globalb）利用CMOMEGA命令对COMPONENT施加转速。
该命令中的KSPIN开关控制转子的正、反进动。
若KSPIN=0，为正进动；若KSPIN=1，为反进动。
Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>AngularVelocity>On Components>By origin2.5 STATIC求解，打开预应力开关。
基于ANSYS的转子动力学分析
作者简介：
马威譬（１９８７一），男，在读博士研究生。
基于ANSYS的转子动力学分析
作者： 作者单位： 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
本文链接：/Conference_7345971.aspx
否
ＡＮＳＹＳ粱单元与实体单元转子动力学分析能力
粱
否
实体 是 是 是 是 小 大 大 是 是
是
３应用实例
（１）验证性算例
对参考文献［５］中的简单转子模型进行计算分析，图ｌ所示为建立的实体模型，转子
模型采用ｓｏｆｉｄ４５单元建立，端部约束所有自由度，中间支撑处约束径向和周向自由度。材
料属性由参考文献［５］给定。
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
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。
嘲２转于结构州意罔
现代振动与噪声技术（第８卷 图３是本文建立的转子实体有限元模型。对该转子振动特性的讨论可参见参考文献 ６］。
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。
转子动力学求解转子临界转速与固有频率.
f N 1 SN 1eN 1
f1 0, e1 0, f N 1 0, eN 1 0
存在非零解的条件为
S N 1 0
这就是Riccati传递矩阵法进行求解临界转速时的系统频率方程式 。
参数计算
• 支承刚度计算： 根据高等转子动力学中计算第j个支承的总刚度为
K sj
R j k 1
s
(d) dj (d) pj (d) j
J J J J
R dj R pj R j
L dj 1 L pj 1 L j 1
la k
lj
l l j a s k mL l k m R j j l k 1 k 1 j
计算结果
J
L dj
lk ak 1 3 2 j l l la l a j 2 d 12 k k 1 ak lk ak
s 2
• 低速轴集总后的参数列 表为：
传递矩阵法
• 对于转子中的第i个轴段，其左右两端截面的编号分 别为i与i+1，则截面i的挠度X i ，斜率 Ai ，弯矩M i 及剪力 Qi 所组成的列阵，称为该截面的状态向量zi 。即：
• 将各个变截面轴段所具有的质量和转动惯量都集总 到左右的两个端点位置，形成集总的刚性刚性波圆 盘。
• 对于简化后的节点j,它具有的直径转动惯量 J dj ，极 转动惯量 J pj 以及总质量 m j 的计算方法分别如下：
J dj J J Pj J
• 其中，
s
mj m m m
m
• 引入Riccati变换，
1
fi Si ei
，得到，
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。
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
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。
１ ２ 三维模 型 ．
三维模 型采 用 Ｓ ＬＤ ８ Ｏ Ｉ１５单元 。Ｓ ＬＤ ８ Ｏ Ｉ１５单
作者简介 ： 张利 民（９ ５一 ， ， 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—ｍ ｉ：ｈ ｎ ｍｉ ８ ８ ａｌｚａ￣ｉ ｎ ２ ＠ ２
的平移和绕 ， ， ｌ ｚ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 Ｃ ＭＢ １ 元 ， Ｏ Ｉ ４单 ２ 单
元模 型如 图 １所 示 。Ｃ ＭＢ １ Ｏ Ｉ ４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—０ ２ ２１ ６— 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５ ２ 卷 ０ 期 ７
Ｊｕ ａ ｏ Ｓ ｅｙｎ ｓｔｔ ｏ 院ｏ ａｔａ Ｅ ｇｎｅｉｇ ｏｒ ｌ ｆ ｈｎ沈 阳航 空ｕ 业ｆ ｅ学 报 ｌ ｎｉｅｒ ｎ ａｇＩ ｔ 工 学 ｒｎｕｉ ｎｉ ｅ Ａ ｃ ｎ
０ ｔ Ｏ０ ｃ． ｌ ２
Ｖ０． ７ Ｎｏ ５ １２ ．
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
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。
【实验报告2-4】单转子轴临界转速测定实验
实验报告实验名称：单转子轴临界转速测定实验班级：装备0----- 实验日期：学生姓名：-------一、实验目的：a)观察单转子轴的振动，测定单转子轴的临界转速；b)验证回转效应对临界转速的影响。
二、实验内容：将转子安装在转轴两支撑点的中间位置，测量轴系在无回转效应时的临界转速。
在转轴两支撑点间距不变的情况下，移动转子至距离支撑点1/3支点位置，测量轴系存在回转效应时的临界转速。
三、实验步骤a)无回转效应时单转子轴临界转速的测定i.测量简支轴两支点间的距离1[cm]；ii.将转子移动到简支轴两支点的中间位置（a=b）；iii.将转子实验台的转速控制器的转速调节旋钮逆时针旋转到底，打开转速控制器的电源开关，按暂停/运行按钮使其处于按下状态；iv.打开多路信号转换器的电源开关；v.启动计算机，进入“Vib'ROT”单转子轴临界转速测定实验界面；vi.点击“实验3.3FFT频谱分析”按钮，单击“开始示波”按钮；vii.顺时针转动转子实验台转速控制器上的“调速”旋钮，使转子轴转速增加至500rpm左右，此时可在实验界面上的“振幅-时间”图中看到转子轴的振动曲线；viii.点击“开始采集”按钮，然后继续顺时针转动“调速”旋钮，缓慢增加转子轴的转速，直到转子轴发生共振并超过共振点，转子转动平稳后，点击“停止采集”按钮；ix.快速逆时针转动转子实验台转速控制器上的“调速”旋钮，使转子轴停止转动；x.在实验界面上的“幅值-频率”图中拖动鼠标指针停留在曲线峰点，单击鼠标左键，鼠标指针旁即显示出转子轴共振时在振幅峰值处的振动频率和转子轴的转速，此转速值即是单转子轴的临界转速；xi.单击计算机键盘上的屏幕打印“PrScrn”按钮，将实验曲线拷贝到word文档中；xii.单击“退出”按钮，关闭实验程序；xiii.关闭转速控制器的电源开关。
b)有回转效应时单转子轴临界转速的测定i.将转子移动到简支轴两支点的一侧，即a=1/31，b=2/31(1-简支轴两支点之距），如图2-8所示；ii.将转子实验台的转速控制器的转速调节旋钮逆时针转到底，打开转速控制器的电源开关；iii.启动计算机，进入“Vib'ROT”单转子轴临界转速测定实验界面；iv.点击“实验3.3FFT频谱分析”按钮，单击“开始示波”按钮；v.顺时针转动转子实验台转速控制器上的“调速”旋钮，使转子轴转速增加至500rpm左右，此时可在实验界面上的“振幅-时间”图中看到转子轴的振动曲线；vi.点击“开始采集”按钮，然后继续顺时针转动“调速”旋钮，缓慢增加转子轴的转速，直到转子轴发生共振并超过共振点，转子转动平稳后，点击“停止采集”按钮；vii.快速逆时针转动转子实验台转速控制器上的“调速”旋钮，使转子轴停止转动；viii.在实验界面上的“幅值-频率”图中拖动鼠标指针停留在曲线峰点，单击鼠标左键，鼠标指针旁即显示出转子轴共振时在振幅峰值处的振动频率和转子轴的转速，此转速值即是单转子轴的临界转速；ix.单击计算机键盘上的屏幕打印“PrScrn”按钮，将实验曲线拷贝到word文档中；x.单击“退出”按钮，关闭实验程序；xi.关闭转速控制器的电源开关和多路信号转换器的电源开关。
基于ANSYS旋转机械模块的转子动力特性分析
应 图中 的临界转 速值 之间 的对 应关 系 。临界 转速 图谱
２１ ０ ２年 第 ４期
冀 成 ， ： 于 ＡＮＳ Ｓ旋 转机 械 模 块 的 转 子 动 力 特 性 分 析 等 基 Ｙ
・３ ・
法 交叉 点 是与 同步 响 应 的 峰值 点 一一 对 应 的 。 同理 ， 其 他类 型 的转子 结构 也得 到 了 以上 结论 。
二 阶 反 进 动
４３ ４
．
一
阶 正进 动
一
阶 临 界转速
一
一
阶反进动
转 速 ／ ｒ・ ｉ 一 （ ｍ ｎ’ ）
图 ４ 偏 置 转 子 Ｃ ｍｐ ｅｌ ａ ｂｌ图
对 于偏 置 、 中 、 居 悬臂 ３种 结 构 的转 子 ， 以悬 臂 转
子 为例对 其 进行 稳 态 不 平 衡 响 应 分 析 ， 图 ７所 示 。 如
２ ０５ ５
２ ０ ０ ４
Ｚ
。
３种结构 的单跨 转 子 有 限元 模 型 ， 利用 梁单 元 、 簧单 弹
元、 质量 点单 元 分 别 对 转 轴 、 动轴 承 、 量 盘 进行 模 滑 质 拟 。通 过 施 加 不 同 转 速 载 荷 ， 到 临 界 转 速 图 谱 得
（ ａ ｂ ｌ图）利 用 ＊Ｇ Ｔ 函数 对 临界 转 速 值 进 行提 Ｃ ｍｐ ｅ ｌ ， Ｅ 取 。分析 结果 表 明 ： 结构 转子 的一 阶临界 转速 较 为 ３种 接近 ； 种 结构 的二 阶转子临界转 速相差 较大 ； ３ 当质 量盘 居中时 ， 临界转 速最 高 ， 随着质 量盘 离对称 中心越 远 ， 临
临界 转速 的计 算 。在 某 种 程 度 上 。转 子 系 统 受 到 的 激 励 载荷 与 转 子 系 统 的 特 性 都 与 转 速 相 关 ， 因此 确 定 转 子
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。