ANSYS转子动力学分析.pdf

⎡ ⎢
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 ⎡ ⎤
⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
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)
• 典型的应用包括
– 轴的弯曲变形 – 扭转振动 – 转轴不对中 – 转动部件的平衡 – 流体引起的振动（与 CFD）
转子动力学分析的计算项目
• 寻找临界转速 • 不平衡响应计算 • 基础激励响应计算 • 转子旋转以及系统稳定性预估 • 转动部件陀螺力矩生成 • 柔性轴承影响 (oil film bearings) • 转子不平衡力以及其它激励力的计算
对比项
Stationary Frame
Rotating Frame
单元类型
BEAM4, PIPE16, MASS21, SOLID45, SOLID95, SOLID185, SOLID186, BEAM188, BEAM189.
MASS21, SHELL181,
PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186, SOLID187, BEAM188, BEAM189, SOLSH190, SHELL281. PLANE223, SOLID226, SOLID227
• 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
Coriolis Command
• 在指定转动速度（ OMEGA or CMOMEGA 命令），CORIOLIS命 令对结构施加 Coriolis效应。
• • 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
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：
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
M{&u&r}+ ⎡ ⎤
⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
( C⎡ ⎤ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
+[Ccor
]){u& r}+
( K⎡ ⎢ ⎢ ⎢⎣
⎤ ⎥ Fra Baidu bibliotek ⎥⎦
−[Kspin
]){ur}=
F⎧ ⎫
⎪⎪ ⎨⎬ ⎪⎩ ⎪⎭
Coriolis force {fc}=[Ccorio]{u& r}
Coriolis matrix [Ccor]= 2 ∫ ρΦT ωΦ dv,
⎡⎤ ⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎣ ⎥⎦
⎧⎫ ⎪⎪ ⎨⎬ ⎪⎩ ⎪⎭
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
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
转子动力学分析的两种形式
• 在静止坐标系下
– 在静止坐标系下，考虑： gyroscopic 矩阵
• 基于柔性体动力学的旋转坐标系
– 旋转坐标系可以导出： Coriolis 矩阵以及Coriolis力
这两种分析类型都可以考虑旋转软化效应
转子动力学分析的坐标系
• 当结构旋转时，惯性力和惯性力矩都会体现出来 • 为了最好的表述这些量, 我们可以选择静止坐标系:
global Cartesian (OXYZ) 或者旋转坐标系：
附着在旋转结构上y 的 (O'X'Y'Z')
Y’
P r’ P’
r
X’
Stationary Frame o
R
Z’ Rotating Frame
x
z
转子动力学分析的基本方程
Dynamic equation in rotating reference frame
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