模态分析_坎贝尔图
基于ANSYS的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析
算 时要求 ：１压气机 叶轮结构形状复杂 ， （） 建模时应以不影 响其结
测试 。 但实验往往存在周期长 、 费用高等局限性 ， 使其很难成为综
合性 、 多方案研究的应用手段圈 。所 以 ， 采用有 限元法对压气机叶
轮或类似结构进行模态分析成为 当前最重要 的手段之一 。 但是 目
长 ｈ为 ３ ｍｍ、ｒ 、ｍｍ、． ｎ 和 ｌ ｍ 对 其 进 行 有 限 元 网格 划 ２ｍ ｌ ａ １ Ｂｉ ５ ｍ
的建立
分， 限元模型的节点数和单元数 ， 有 如表 １ 所示 。
表 １不 同单 元 尺寸 对 应 单 元数 、 点 数及 二 阶固 有频 率 节
从表 ２中的数据可以分析得到 ， 转速的存在 ， 增加 了相应 的 频率。对于同一 阶频率而言 ， 转速越高 ， 相应 的频率越高 ； 在同一 转速时 ， 离心力对高阶频率的影响较低 阶频率的影响更大 。 表 ３ １ Ｏ ０ ｒ ｎ时（ １ ０ ０／ ｍｉ Ｏ一３ 节径对应频率 （ ｚ ） Ｈ ）
和 不 同节径 时的频 率 ， 并根 据计 算 结果绘 制 了 Ｃ ｍ ｂｌ图 ， 出 了与 压 气机 叶轮 固有频 率 产生共 振 的 ａ ｐｅ ｌ 找
转速 ， 为压 气机 叶轮 的优化 设 计提供 了依 据 ， 同时说 明采 用子 结构 分析 的 方 法可 以较 精确 地 获得 整 体 模 型的低 阶 固有频 率解 。 关键 词 ： 压气 机叶轮 ； 振动特 性 ， Ｉ 模态 分析 ； 子结构
和节点位移 向量 ，在此对应 的为叶轮的质量矩阵 、刚度矩 阵、 节点加速度 向量和节点位移 向量。 假定叶轮各个部位 的振动为频率 、 相位均相同的简谐运 动 ，
海上张力腿浮式风机整体结构动态特性研究
海上张力腿浮式风机整体结构动态特性研究卫涛;李良碧【摘要】随着大型海上风电场的建设逐步由浅水海域向深水海域发展,传统固定式基础结构已不能满足海上风机工作性能要求,研究漂浮式风机已成为各国开发海上风能的热点工作.文章采用风机正向设计软件SWT对海上张力腿浮式风机整体结构进行了模态分析,得到浮式风机整体结构的动态特性.由分析结果可知,浮式基础的振动对上部塔架有连带作用;浮式基础低阶振型主要表现为横荡、纵荡、首摇、纵摇、横摇和垂荡,高阶振型表现为振荡、摇动和部件振动的复合;浮式风机自振频率和主要海浪谱频率以及风机叶片旋转频率不产生共振.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)002【总页数】5页(P196-200)【关键词】海上风电;张力腿平台;浮式风机;动态特性【作者】卫涛;李良碧【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TK89;TM344.1我国深海区域的风力资源比近海区域更为丰富，风速更高，更稳定，规模经济效益更好。
据国家发展和改革委员会能源研究所等机构研究显示，中国深海60～900m深度处风能资源约17.4亿kW，是近海的2倍多，是陆地风能资源的近7倍。
为开发利用深海丰富的风能资源，世界各主要发达海洋国家纷纷将研究重点转向深海。
在深水海域（深度＞60m），固定式支撑风机已经无法满足经济性要求，漂浮式风机将是这一区域的最佳选择[1]。
随着人们对风能资源的开发逐渐向深海领域扩展，出现了一些适应深海海洋环境的风电机组支撑结构体系，如张力腿（TLP）式、Spar式和浮箱（Barge）式。
其中张力腿（TLP）式是一种典型的深海风电机组支撑平台，以其半固定半顺应的运动特征在建设深海风电场工程中有着极为广阔的应用前景。
TLP最主要的设计思想是使平台半顺应半刚性[2]，其在平面内运动是顺应式的，在平面外运动几乎是固定的，这样的设计既保证了平台的稳定性，又使平台获得了一定的运动裕度。
封装 ANSYS软件的使用及实验及感想
集成电路芯片与封装ANSYS 软件使用准备步骤1、右键打开“我的电脑”的属性，选择“高级”->“环境变量”，在“系统变量”中“新建”一个新的变量，变量名为“ANSYSLMD_LICENSE_FILE”，变量值为“1055@你的计算机名”，确定即可。
（点选安装引导框最后一行“Display the license server hosted”后得到的第一行“HOSTNAME:”后的就是你的计算机名，自动安装文件为D：/ansys10.0安装/ansys10/AutoExec.exe）如：ANSYSLMD_LICENSE_FILE 1055@3d9f56ca900a403 （一定是你自己计算机的名称）2、点“开始->所有程序->ANSYS FLEXlm License Manager->FLEXlm LMTOOLS Utility然后选中Config Services，如下：设置lmgrd.exe文件路径为C:\Program Files\Ansys Inc\Shared Files\Licensing\intel\lmgrd.exe （如没有lmgrd.exe此文件需安装install ANSYS FLEXLm Licensing ,出现选择时按顺序为是否是最后可能提示不成功但此时lmgrd.exe文件已经存在）设置license文件路径为C:\Program Files\Ansys Inc\Shared Files\Licensing\license.dat设置debug log文件路径为C:\Program Files\Ansys Inc\SharedFiles\Licensing\license.log以上为设置lmgrd.exe，license，log文件的路径，如果在安装时已有，只要核对正确即可。
点中“Use Services”,再点中“Start Server at Power Up”然后点Save Service，保存设置。
[转载]ANSYS扩展模态、MODOPT、MXPAND、CORIOLIS、坎贝尔图
![[转载]ANSYS扩展模态、MODOPT、MXPAND、CORIOLIS、坎贝尔图](https://img.taocdn.com/s3/m/c83cdf5532687e21af45b307e87101f69e31fbd4.png)
[转载]ANSYS扩展模态、MODOPT、MXPAND、CORIOLIS、坎贝尔图ANSYS中模态分析中扩展模态有什么作⽤？从严格意义上讲，“扩展”意味着将缩减解扩展到完整的⾃由度集上。
“缩减解”常⽤主⾃由度表达。
模态分析中，“扩展”就是指将振型写⼊结果⽂件。
也就是说，“扩展模态”不仅适⽤于缩减模态提取⽅法得到的缩减振型，⽽且也适⽤于其它模态提取⽅法得到的完整振型。
因此，如果你想在后处理器中察看振型，必须先扩展之（也就是将振型写⼊结果⽂件）。
在谱分析中要求进⾏模态的扩展，在单点反应谱分析和动⼒学设计分析⽅法中，模态扩展可以放在谱分析之后按命令MXPAND中的设置的SIGNIF有选择地进⾏。
事先请在“Mode analysis option"中的mode expansion中选noMODOPT, Method, NMODE, FREQB, FREQE, Cpxmod, Nrmkey, ModType, BlockSize, --, --, Scalekey指定模态分析选项Method 模态分析中的模态提取⽅法LANB — Block Lanczos分块兰索斯LANPCG— PCG LanczosSNODE—Supernode modal solver超级节点模态求解器SUBSP — Subspace algorithm⼦空间算法UNSYM— Unsymmetric matrix⾮对称矩阵DAMP — Damped system阻尼系统QRDAMP — Damped system using QR algorithm阻尼系统使⽤QR算法VT — Variational Technology变分技术NMODE 模态提取阶数FREQB指定特征值模态扩展的下限，如果与FREQE均默认，则扩展并写出指定求解范围内的模态。
FREQE指定特征值模态扩展的上限。
Cpxmod 复杂的模态特征值。
（仅当模态提取⽅法= QRDAMP）。
Compbell
Compbell使用固定参考系主要申请固定（而不是旋转）的参考框架是在该领域的rotordynamics在旋转结构（转子）模型与固定支持结构。
例如申请包括燃气涡轮发动机转子定子大会或电动发电机，其中转子旋转内一个特别设计的住房。
ANSYS的位移场计算方面的全球坐标系统（科里奥利，期权=上，，RefFrame = ON ）的，称为固定参照系。
单元支持单元的一部分，产生旋转的陀螺结构矩阵产生的原因是旋转角速度。
该陀螺矩阵可用于下列内容：MASS21 ，BEAM4 ，PIPE16 ，BEAM188 ，并BEAM189 。
为梁单元，角速度矢量相一致沿长度和质量的一点是一致沿线的一个主要轴线。
旋转轴对称结构必须的旋转轴。
分析类型支持下面的分析类型支持旋转结构分析使用的是固定参照系：莫代尔（ANTYPE ，模态）瞬态（ANTYPE ，译）8.2.1 。
坎贝尔图在模态分析与多个负荷步骤相应不同的角速度ω，一个坎贝尔图（PLCAMP或PRCAMP ）显示的演变，自然频率该PRCAMP还打印出的临界转速旋转同步（不平衡）或异步生效。
在临界转速对应的交汇点之间的频率曲线和补充F系列= s.ω（其中S代表边坡“0指明通过PRCAMP命令）。
由于临界转速确定生动，其准确性取决于质量坎贝尔图。
随着越来越多eigenfrequencies分裂自旋速度，ANSYS的识别着（星期六）和向后（体重）旋风，和不稳定的频率ANSYS的决定eigenfrequencies在每个负载阶跃。
情节显示频率的变化对转速可能不是很明显。
例如，如果陀螺效应是显着的振型，其频率趋于分裂这么多，它跨越了其他频率曲线的速度增加。
产生一个成功的坎贝尔图为了帮助您获得了良好的坎贝尔图阴谋或打印，排序选项是积极的默认（PLCAMP上或PRCAMP上）。
ANSYS的模式比较复杂的形状和对类似的模态形状。
（由于eigenmodes 零速度是实实在在的模式，利用ANSYS对他们并不复杂的模式。
做转子力学分析,你选APDL还是Workbench仿真？
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）转子动力学为固体力学的分支。
主要研究转子-支承系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，尤其是研究接近或超过临界转速运转状态下转子的横向振动问题，其目的为旋转机械转子的设计、效率、安全和寿命提供理论和技术上的支持和保障。
转子是涡轮机、电机等旋转式机械中的主要旋转部件。
运动方程为：一、单盘转子模态分析1、问题描述如图刚性支撑单圆盘转子，圆盘质量m=20kg，半径R=120mm，转轴的跨度l=750mm，直径d=30mm。
圆盘到左支点的距离a=l/3=250mm。
求该转子临界转速及振型。
（摘自《转子动力学》钟一谔1987年P14页）刚性支撑单圆盘转子2、理论解仅考虑轴的弯曲不计轴的质量，加上回转效应时的频率方程为：其中：ω为转速，Ω为待求涡动频率。
定义不同的转速，代入上式便可求得对应的各阶涡动频率（正进动和反进动）。
通过上述涡动频率可绘制出坎贝尔图，图中的曲线与直线的交点为该转子的一倍频临界转速，共有三个，故该刚性支撑单圆盘转子前三阶固有频率为：2265.09 rpm2333.85 rpm8069.16 rpm3、ANSYS APDL分析圆盘采用MASS21单元模拟，转轴采用BEAM188单元模拟，轴的两端为简支约束。
其有限元模型如下图所示，求解可得到各阶涡动频率：使用plorb命令输出各阶振型轨迹：使用plcamp命令得到坎贝尔图：如上图得到前三阶临界转速为：2263.8rpm2333.0rpm8078.1rpm4、ANSYS Workbench分析圆盘通过Point Mass模拟，转轴在DM里面通过直线绘制赋予截面的方式模拟，轴的两端为简支约束。
其有限元模型如下图所示，求解可得到各阶涡动频率：在Solution中导出前四阶振型如下：点击Campbell Diagram输出坎贝尔图：如上图得到前三阶临界转速为：2226.4rpm2293.8rpm7928.1rpm5、结果对比误差范围内，APDL和WB的精度均满足需求。
水平轴风力机叶片的截面与动力特性分析
水平轴风力机叶片的截面与动力特性分析区家隽;李学敏;徐林【摘要】风力机叶片在旋转过程中受重力和离心力作用,产生动力刚化导致固有频率增加.文章以NRELPha-seⅥ风力机叶片为对象,在其内部分别添加圆形腹板、单腹板和双腹板,建立3种不同截面的叶片三维模型,并结合复合材料对叶片铺层进行动力学分析.结果表明,叶片采用的铺层方案能有效避免共振,并且3种叶片模型的重量均接近叶片的真实值.在额定转速下,3种腹板叶片的一阶频率增量随腹板的厚度增加而增加,但在两倍额定转速时,单腹板和圆形腹板的一阶频率增量随腹板厚度增加而减少;同时,腹板中的双轴向玻璃布材料以±45°铺设时,一阶固有频率最大,而由动力刚化引起的一阶频率增量较其他角度小.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)005【总页数】6页(P681-686)【关键词】复合材料叶片;铺层角度;腹板厚度;离心刚化;坎贝尔图;模态分析【作者】区家隽;李学敏;徐林【作者单位】华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074;华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074;华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TK83随着复合材料在风电领域的应用及生产制造等相关技术的发展，风力发电技术得到不断提高。
叶片是风力机最重要的结构组件之一，叶片在旋转时受到离心力和重力的作用导致动力刚化，表征为固有频率增加。
孙保苍利用500 W小型风力机叶片为研究对象，分析计算叶片各阶模态频率，结果表明当叶片高速旋转时，动力刚化现象对叶片固有频率有较大的影响[1]。
胡国玉基于NREL 5 MW风力发电机叶轮叶片，结合柔性多体动力学理论及有限元分析方法，发现动力刚化效应对挥舞振动频率的影响比对摆振振动频率的影响更明显[2]。
水平轴风力机叶片目前主要由复合材料制造而成。
由于复合材料具有质量轻，高强度比等特征，使得风力机叶片能够承受更大的气动载荷[3]。
转子动力学作业模板
1、模态分析对例题一进行建模，作模态分析。
2、谐分析(幅频，相频)幅频相频2个盘相位相差180°，峰值的临界转速和坎贝尔图相吻合。
3、一阶振型，二阶振型4、弹性支撑转子弹簧阻尼单元COMBI214，由两个节点组成，每个节点有两个自由度，不考虑弯曲和扭转。
4个刚度系数，主刚度和交叉刚度。
4个阻尼系数。
（1）有/无阻尼情况下无阻尼的情况下：临界转速118.529 rad/s在考虑弹簧阻尼情况下时，即改变combi214单元中4个阻尼系数，但是得到的临界转速结果与无阻尼时相同，具体原因没有得出。
（2）考虑滑动轴承的轴颈弯曲之前是通过在对应节点施加COMBI214单元来进行考虑的。
动力系数的设置则是通过对Sommerfeld数的计算，这样操作的合理性是基于以下假设：动力系数可看作常数；所计算轴承Sommerfeld数与动力系数的关系；轴承很短，可以忽略轴承中轴颈的弯曲变化；但是实际轴承都具有一定的宽度，所以，可以通过在轴承上连续几个节点上施加COMBI214单元来对滑动轴承中的轴颈弯曲进行考虑。
所建模型如下：(a)单个节点(b)三个节点通过对Sommerfeld数的计算，查表估算了相同数量级的一组动力系数进行计算，又考虑实际轴承油膜力沿轴向分布近似抛物线，所以对中间节点采用了较大的动力系数，而边上两个节点动力系数则取中间节点动力系数的一半。
计算结果如下表所示，为利用不同节点数考虑滑动轴承得到的计算结果：轴承节点数一阶固有频率（rad/s)二阶固有频率（rad/s)三阶固有频率（rad/s)174.63875.354263.875376.69981.945273.507可以看出，当采用多节点来模拟滑动轴承，所施加约束介于固支和铰支之间，所计算得到固有频率升高。
(b)三个节点通过（a）（b）的幅频响应图可以看出，当采用三节点进行模拟时，幅值降低，固有频率增大。
通过利用多节点来模拟滑动轴承由于考虑了轴在轴承部分的弯曲，计算结果应该更加合理，。
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各种单元类型计算结果
pplrcomp.mac （调用mm_type.mac,mm.prn) 可对表中各转子单元 类型进行模态分析，得到坎贝尔图，每次计算得到一个坎贝尔图 和对应图数据（*.lis）
pplrcomp,1,1500 pplrcomp,2,1500 pplrcomp,4,1500 pplrcomp,5,1500 pplrcomp,6,1500 pplrcomp,7,1500 pplrcomp,8,1500 pplrcomp,9,1500 pplrcomp,10,1500 pplrcomp,11,1500 pplrcomp,12,1500 pplrcomp,16,1500 pplrcomp,17,1500
模态图形显示—模态动画
在POST1中，使用ANHARM命令可获得模态动画，并可观察到轴的涡动情况。 某个案例的输入如下： /POST1 set,6,3 ! read load step 6, substep 3 plnsol,u,sum ! specify the results to be animated anharm
8 5 40
(a) (b)
(c)
(d) (e)
（a）是复频的实部。它表示特定频率的阻尼和稳定性。负值表示稳定的模态，正值表
示不稳定的模态。
（b）是复频的虚部。它代表阻尼频率。
（c）不考虑陀螺效应和阻尼时的频率
（e）模态号，注意这里的模态号仅仅是根据频率大小排列的，与坎贝尔图上有区别
虽然陀螺效应建立了阻尼矩阵，但是它并不消耗能量，因此如果在一个没有阻尼的旋转
坎贝尔图
模态分析完成后，得到的是不同转速条件下一系列的模态频率值和对应 的模态，必须进行模态形状的比较才能得到模态频率和形状随转速变化的关 系，成功画出坎贝尔图。如果画出的坎贝尔图不理想，可以试用以下方法改 进： 1.从非零转速开始画坎贝尔图 2.增加载荷步 3.改变频率范围 4.如果使用旋转参考系，在MODOPT命令中FREQB用负值
1 -3.3143 102.66 j 102.71
111
-3.3143 -102.66 j
2 -14.261 212.58 j 213.06
122
-14.261 -212.58 j
39 -55.970 244.67 j 425.41
8 4 39
-55.970 -244.67 j
40 -57.740 726.46 j 425.41
几何模型： 盘: 半径 1m 厚 10cm 质量 4kg
轴： 长 2m 半径 0.05m
旋转速度： 0～20000 RPM，10等分
转动惯量: 2 kgm^2 1 kgm^2
about Z (spin axis) about X and Y
模态图形显示—迹线 在/POST1中，对线单元 用PLORB命令显示模型旋转轴线上单元节点的轨迹 用PRORB命令输出模型旋转轴线上单元节点的轨迹信息 根据坎贝尔图判断模态排序
结构中，所有复频的实部都是0。
如果复频对应的是一个刚体的模态，或者是过阻尼的情况，那么虚部是零。
在打印文件中，每个模态有2列数据显示复频和复合共轭频率，因为两个特征值解都是
从问题中派生出来的。
模态分析实例
在定参考系中进行模态分析，陀螺效应对结构频率的影响
算例: 陀螺（计算宏命令mmodal_comp.mac） 在各档转速进行模态分析 画坎贝尔图（频率图、稳定性图） 输出二个.jpg文件（坎贝尔频率图、稳定性图） ，二个.lis文件
2模态分析
模态分析设置，结果判读 坎贝尔图 临界转速 稳定性 有预应力的模态分析 有预应力的坎贝尔图
模态分析求解设置
结构中有转子时，与常规模态分析不同的模态分析 求解设置命令有二条： modopt,qrda,NMODE,,,on
命令含义： 用qrdamp方法求解NMODE个复模态 coriolis,on,,,on,on
涡动
当一个旋转结构振动时，转动轴上的一点会在一根轨道上运动，称之 为涡动，绕轴旋转的方向如果与转动速度方向相同，称之为向前涡动 （FW），反之称为向后涡动（BW）
第11_1阶模态
第11_2阶模态
第11_3阶模态
第11_4阶模态
第11_5阶模态
坎贝尔图
由于陀螺效应，旋转结构的特征频率与其旋转速度相关， 计算不同旋转速度时的频率，可以得到各个模态频率随转动 速度的变化曲线，称之为坎贝尔图
命令含义： 考虑Coriolis 影响，在固定参考系，考虑旋 转阻尼
其它求解设置命令与常规的模态分析相同
模态结果判读
用QRDAMP方法进行复模态分析后，在General Psotproc/Results Summary可显示频率结
果，显示格式为
SET TIME/FREQ(Damped) TIME/FREQ(Undamped) LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
例： mmodal_comp_box，12，600
例： mmodal_comp_box，12，600
有预应力结构的坎贝尔分析
对于有预应力的结构，在分析的静态求解部分，将坎贝尔标签打开 (CAMPBELL,ON)。这样做的目的是修改结果文件，从而可以适应后续的坎贝尔 图分析。在这种情况下，静态求解和模态求解是交替进行的，但只有模态解被 保存在结果文件中。 实例宏命令： PPrestress_comp.mac
例： mmodal_comp_box，12，600
例： mmodal_comp_box，12，600
这个模态复特征值的实部开 始小于零，不稳定的模态
例： mmodal_comp_box，12，600
例： mmodal_comp_box，12，600
例： mmodal_comp_box，12，600
F=s*ω代表的曲线的交点，就是临界转速点，由
于临界转速是由图上决定的，它们的精度取决于 坎贝尔图的质量
模态的稳定性
这个模态复特征值的实部开 始小于零，不稳定的模态
坎贝尔图及对应模态
1st FW/BW whirl mode
Torque mode
Stationary Reference Frame SRF
模型号 轴单元类型
Hale Waihona Puke 145295
4
185
5
186
6
186
7
4
8
4
9
188
10
189
11
188
12
189
16
189
盘单元类型
45 95 185 186 187 63 93 181 281 188 189 21
17
273
273
例： mmodal_comp_box，12，600
敞口箱体中有一个转子如图 进行模态分析，画坎贝尔图
ANSYS在各个特定的转速 计算特征频率，随载荷步的增 加，转速增加，生成坎贝尔图 需要在各个不同转速的载荷步 频率结果。
如果陀螺效应对模态影响 很明显，当转速增加时，这个 模态的频率曲线可能偏离，越 过另一个模态的频率曲线。
由于在旋转参考系中，随 转速增加时，自振频率会有突 变，建议在固定坐标系中生成 坎贝尔图。
画坎贝尔图命令： PLCAMP, Option, SLOPE, UNIT, FREQB, Cname, STABVAL
Option 排序 SLOPE 比例系数 UNIT 转速单位 FREQB 开始频率 Cname 转子组件名称 STABVAL 频率或稳定图
临界转速
PRCAMP命令打印出对同步不平衡力和不同 步不平衡力的临界转速，坎贝尔图上频率曲线和