利用ANSYS进行转子临界转速计算

支 承系统 做 了计 算分 析 。
１ 有 限元 模 型
１ １ 一维模 型 ．
采 用一维模 型计 算转 子 一 承 系统 的临界转 支
速 ， 于以下假 设 和简化 。Ｊ 基 ：
频率， 实部 为 衰减 系 数 ， 并且 特 征值 成 对 出 现 ， 对
应 着正进 动频率 和反 进动 频率 』 。
１ 是一种单轴单元 ， ６ 具有拉压 、 扭转和弯 曲性能。
该 单元在 两个 节 点 问 ， ６个 自由度 ： 节点 ， 有 沿
ｌ ｚ轴 方 向 的平 移 和 绕 节 点 ，，ｚ 轴 的 转 动 。 ， ， ｌ ，
ＰＰ ６单 元 的材料 特 性 和截 面 尺 Baidu Nhomakorabea能 用 实 常数 ＩＥ１ 的 形 式 定 义 。点 单 元 可 定 义 为 ＭＡ Ｓ２ Ｓ １单 元 。 ＭＡ Ｓ２ 单 元具有 六个 自由度 ： ， ， 轴 方 向 Ｓ １ 即 ｙｚ
文 章 编 号 ：０７—１８ （０ ０ ０ ０ ３ ０ １０ ３５ ２ １ ）５— ０ ４— ４
利 用 Ａ Ｓ Ｓ进 行 转 子 临界 转 速计 算 ＮＹ
张利 民 王克明 吴 志广
１０ ３ ） １１ ６ （ 沈阳航空航 天大学 动力 与能源工程学院 ， 辽宁 沈阳
摘
要： 利用 Ａ Ｓ Ｓ１ ． Ｎ Ｙ ２０软件建立转子 一支承系统 的一维模 型和三 维模型 ， 计算 了两种模 型的
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｏ：０ ３６ ／． ｓ．０ ７—１８ ．００ ０ ．０ ｓ ３ ５ ２ １ ．５０ ８
文献标识码 ： Ａ
对 于航 空发 动机 来 说 ， 理设 计 转 子 一支 承 合
为轮盘 和 叶片 的总转动 惯量 ；
系统 的临界 转速 ， 保 证航 空 发 动 机安 全 可靠 运 是 行 的一项重要 前提 。 临界转速 的计算 方法 主要有
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
对 比发现一维模型求解 法与三维模型求解法的最大相对误差为 ５ ， ％ 另外一维模 型求解法对计算 机的配置要求低 ， 计算耗时短。
关键词 ： 临界转速 ； 转子 系统 ； Ｎ Ｙ Ａ ＳＳ 中图分类号 ： ３ ．６ Ｖ ２ １９
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
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 ．
（） ３ 支承 和轴 承作 为弹簧 阻尼单 元处 理 。 弹性直 管单元 可 定义 为 ＰＰ ６单元 。ＰＰ ＩＥ １ ＩＥ
两大类 ： 传递矩阵法和有限元法¨ 。
传递 矩 阵法具 有 编 程简 单 、 计 算 到高 阶 临 能 界转速 和所需 计算机 内存小 等优 点 ， 是 ， 高 但 计算 阶临界转 速 时 ， 运算 精 度 低 。有 限元 法 所需 计 算 时间长 ， 占用储 存空 间大 ， 计算 精度 高 但 。 近年来 随着 有 限元 软 件 在 我 国 的推 广 ， 用 利 有 限元软 件 进 行 转 子 系统 动 力 特性 分 析 倍 受 关 注 。但是 由于计 算 机 配 置 和有 限 元 软件 的限 制 ，
１３ ｃｍ； 克 明 （９ ４一 ， ， 宁沈 阳人 ， 授 ， 要 研 究 方 向 ： ６ ．ｏ ｔ １５ ） 男 辽 教 主
元有 ８个节 点 ， 个节 点有 ３个 沿着 ， ， 向 每 ｙ ｚ方 平移 的 自由度 。三 维模 型 中 的支 承用 Ｃ ＭＢ２ ４ Ｏ Ｉ１
单元模拟。三维模型的优点是建模简单 ， 计算精 度好 ， 缺点是规模大 ， 求解速度慢。
航空发动机强度 、 振动噪声。
第 ５期
张利 民等 ： 利用 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 进行转子 临界转速计算
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模 型 ， 定 同一 阶 振 型 的正 进 动 与反 进 动 固有 频 确
率 。由 Ａ Ｓ Ｓ算 出的数 据绘 制 一维 模 型 的 ＮＹ
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
组成 ， 每个节 点有 两个 自由度 ， 不考虑弯曲和扭
转 。单元 有 ４个刚 度系数 Ｋ 砭 Ｋ ， ４个 、 、 。、 和
阻尼 系数 Ｃ 。Ｃ：Ｃ Ｃ 、 、 。 为 了直接 引入 陀螺 效应 ， 求解 时必 须 采 用复 特 征值求 解器 Ｄ ＭＰ Ｄ Ａ Ｅ 。 所求 得 的特 征值 为 复数 ， 部 为进 动 （ 转 ） 虚 公
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