ANSYS转子动力学分析

• 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 FzFra bibliotek⎡ ⎢
0
−ωz
ωy
⎤ ⎥
ω = ⎢⎢⎣⎢−ωωzy
0 ωx
−
ωx
⎥ ⎥
0 ⎥⎦
转子动力学分析的基本方程
Dynamic equation in stationary reference frame
M{&u&}+( C +[Cgyr]){u&}+ K{u}= F ⎡ ⎤
⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
omega1 = 0.
KYY1 = 1.e+4
KZZ1 = 1.e+7
omega2 = 250.
KYY2 = 1.e+5 KZZ2 = 1.e+7
Tabular input for
omega3 = 500. KYY3 = 1.e+6
REAL constant
KZZ3= 1.e+7
/com, Tabular data definition
UZ
A
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
-0.7192E-12 0.3823
-0.1132E-11 0.7071
-0.1059E-11 0.9230
B 0.0000 0.0000 0.3823 0.7071 0.9230
PSI 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 4 RFRQ= 0.0000 IFRQ= 2.5606 SHAPE AT T=0, ORBIT
LOAD CASE= 0
NODE UX 1 0.0000 2 0.0000 3 0.0000 4 0.0000 5 0.0000
UY 0.0000 0.0000 0.3823 0.7071 0.9230
⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
⎧⎫ ⎪⎪ ⎨⎬ ⎪⎩ ⎪⎭
Gyroscopic moment {fg}=[Cgyro]{u& }
目录
• 转子动力学的理论背景 • 转子动力学分析的基本内容 • 转子动力学分析的求解 • 应用实例 • 总结
转子动力学分析的内容和应用
• 转子动力学分析包括
– 无阻尼临界转速计算 – 不平衡响应分析 – 有阻尼特征值计算 – 稳定性分析
KZZ(1,1) = KZZ1 , KZZ2 , KZZ3
et, 3, 214
keyopt, 3, 2, 1
! YZ plane
r,1, %KYY%, %KZZ%
不平衡响应
转速 ω引起的可能的激励是：
• 不平衡 (ω) • 不对中 (2* ω) • 叶片, 风扇, 喷嘴, 扩散等的影响 (s* ω) • 象离心式压缩机的气动激励 (0.5* ω) • 某些力可能需要考虑结构的同步或者不同步
目录
• 转子动力学的理论背景 • 转子动力学分析的基本内容 • 转子动力学分析的求解 • 应用实例 • 总结
转子动力学的求解
Stationary Frame
•基本的转子动力学 •需要轴对称结构 •允许多级旋转比率和静止的组件 •边界条件和计算结果在静止坐标系 •能够生成Campbell图 •适用的分析类型：
M{&u&r}+ ⎡ ⎤
⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
( C⎡ ⎤ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
+[Ccor
]){u& r}+
( K⎡ ⎢ ⎢ ⎢⎣
⎤ ⎥ ⎥ ⎥⎦
−[Kspin
]){ur}=
F⎧ ⎫
⎪⎪ ⎨⎬ ⎪⎩ ⎪⎭
Coriolis force {fc}=[Ccorio]{u& r}
Coriolis matrix [Ccor]= 2 ∫ ρΦT ωΦ dv,
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)
MODAL, HARMONIC and TRANSIENT
Rotating Frame
•基本的柔性体动力学 •不必是轴对称结构 (或者循环对称结构) •单一的转速比 •边界条件和计算结果在旋转坐标系 •使用的分析类型：
STATIC, MODAL, HARMONIC, TRANSIENT
转子动力学求解
⎫ ⎬ ⎭
Spin ω about X - axis
Load vector
Synchronous (s = 1): Unbalance force Fy = F0 ω 2cos(ωt+α)
F0 = m*r
(mass*distance to axis) Fz = F0 ω 2sin(ωt +α)
Asynchronous: External force F1
*DIM,KYY,table,3,1,1,omegs
KYY(1,0) = omega1 , omega2 , omega3
KYY(1,1) = KYY1 , KYY2 , KYY3
*DIM,KZZ,table,3,1,1,omegs
KZZ(1,0) = omega1 , omega2 , omega3
Plot orbit: PLORB
orbit characteristics
轴承单元 (COMBIN214)
– 2D spring/damper with cross-coupling terms – 通过实常数来指定刚度和阻尼系数 – 实常数可以是随速度变化的表格
⎡C fxx ⎢⎣C fyx
C fxy C fyy
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
⎤⎧u& ⎥⎦⎨⎩u&
x y
⎫ ⎬ ⎭
+
⎡K ⎢⎣K
fxx fyx
K fxy K fyy
⎤ ⎥ ⎦
⎧u ⎨⎩u
x y
⎫ ⎬ ⎭
=
⎨⎧⎩FFxy
⎫ ⎬ ⎭
( ) Cf = Cf ω
( ) K f = K f ω
轴承单元 (COMBIN214)
k = k (ω) c = c (ω)
! Example of table parameters input
• • 在下列分析类型中施加Coriolis 效应：
– Static -（在静止坐标系下不用） – Modal –也支持预应力模态分析 – Harmonic -Full or QRDAMP-支持基于模态叠加法 – Transient - Full or mode QRDAMP-支持模态叠加法
• CORIOLIS, Option, --, --, RefFrame – Option (Activate/Deactivate) – RefFrame (Rotating/Stationary)
ANSYS转子动力学分析
安世亚太西区客户支持部
2008-10-14
目录
• 转子动力学的理论背景 • 转子动力学分析的基本内容 • 转子动力学分析的求解 • 应用实例 • 总结
转子动力学理论背景
δ
y
z
x
bearing
shaft
ω
bearing
rotor
转子动力学理论背景
在非零转速下的Coriolis和不平衡项
Campbell Diagram
• 对应不同的角速度，在模态分析中采用多载荷步对应 不同的角速度 ω, Campbell 图表现出固有频率随转动 频率的变化。
• 命令: PLCAMP, PRCAMP, CAMPB
– PLCAMP: 绘制 Campbell diagram – PRCAMP: 输出频率和临界转速 – CAMPB: 支持预应力结构的Campbell图计算
• CMOMEGA: 指定某些部件关于任意定义的转动轴的转动速度 • OMEGAX, OMEGAY, and OMEGAZ
– CMOMEGA适用下列分析类型s: • Static • Harmonic - Full • Transient - Full