ANSYS用于转子临界转速计算
基于ANSYS的转子临界转速计算
第２ ５卷
第 ５期
青 海 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
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２Ｏ 年 ｌ Ｏ７ Ｏ月来自Ｊ ｒ ｌ ｆ ｉ ｉ ｎ ｅｉ （ ａ ｒ Ｓ ｅｃ） ｏ ｎ Ｉ ｉ ｒｔ Ｎ ｔｅ ｃ ｎｅ ｕ ａ ｏＱ ｌ Ｕ ｖ ｓｙ ｕ ｉ ａ
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１ ９
２１ Ａ Ｓ Ｓ ． Ｎ Ｙ 的临界转速计算方法
Ａ ＳＳ Ｎ Ｙ 是一大型通用有限元软件 ， 其模态分析可用于确定设计结构
或机器部件 的振动特性 （ 固有频率和振型） 。模态分析使用传递矩阵方法计算 ， 具有很高的效率和精度。 ＡＳＳ Ｎ Ｙ 计算 转 子临界 转速 可用 Ｂ Ａ 、ＩＥ ６ Ｃ ＢＮ ４用 于模 拟带 阻 尼 的弹性 支 撑 ） 元通 过设 置单 Ｅ Ｍ４ＰＰ １、 Ｏ Ｉｌ（ 单 元选项来添加转子 自转角速度 以及 回转效应 ， 同时选取 Ｄ Ｍ Ａ Ｐ方法求解特征值 。Ｄ Ｍ Ａ Ｐ方法采用复数 特征值的分析方法 。 Ａ Ｓ Ｓ的复数特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型， ＮＹ 分析过程与实特征值 分析类似。虚部表示系统的振动频率 ， 实部表示系统解 的稳定性特性（ 大于零发散 ， 小于零稳定） 。采用 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
ANSYS中的转子动力学计算
ANSYS 中的转子动力学计算安世亚太 许明财转子动力学是固体力学的一个重要分支，它主要研究旋转机械的“转子－支承”系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，其主要研究内容有几个方面：临界转速、动力响应、稳定性、动平衡技术和支承设计。
在旋转机械研究设计中，转子动力学的性能分析是极其重要的一个方面。
旋转机械广泛应用于以下领域: y 涡轮机械 y 能量站 y 机械工具 y 汽车y 家用器械 y 航空领域 y 船舶推进系统 y 医疗器械 y 计算机设备传统的转子动力学分析采用传递矩阵方法进行，由于将大量的结构信息简化为极为简单的集中质量—梁模型，不能确保模型的完整性和分析的准确度；而有限元在处理转子动力学问题时，可以很好地兼顾模型的完整性和计算的效率，但多年来转子的“陀螺效应”一直是制约转子动力学有限元分析的“瓶颈”问题。
ANSYS 很好地解决了动力特性分析中“陀螺效应”影响的问题，而且陀螺效应的考虑不受计算模型上的限制，使得转子动力学有限元分析变得简单高效。
本文对ANSYS 的转子动力学计算功能进行简要介绍。
1 ANSYS 转子动力学的理论基础ANSYS 转子动力学分析中，两种参考坐标系可供选择：静止坐标系和旋转坐标系。
空间点P 在静止坐标系（其原点在O′）下的位置矢量为r′，在旋转坐标系（其原点在O）下的位置矢量为r。
在静止坐标系下转子的动力方程为：[][][]{}F {u}K }u ]){gyr [C C (}u{M =+++&&& 式中:为陀螺效应矩阵]gyr [C在旋转坐标系下转子的动力方程为：[][][]{}F }r ]){u spin [K K (}ru ]){cor [C C (}r u {M =−+++&&& 式中:为哥氏效应矩阵, 为旋转软化效应刚度矩阵]cor [C ]spin [K 2 ANSYS 转子动力学的计算功能和新技术ANSYS 转子动力学计算包含如下功能：y 无阻尼临界转速分析 y 不平衡响应分析 y 阻尼特征值分析 y 涡动和稳定性预测 典型的应用包括: y 轴的弯曲变形 y 扭转振动 y 转子轴未对准 y 旋转部分的平衡 y 流制振动为了分析时计入哥氏效应、陀螺效应和支承的影响，ANSYS 发展了下列新技术单元：SHELL181 4节点有限应变壳单元 PLANE182 二维4节点结构实体单元 PLANE183 二维8节点结构实体单元 SOLID185 三维8节点结构实体单元 SOLID186 三维20节点结构实体单元 SOLID187 三维10节点四面体结构实体单元BEAM188 三维一次有限应变梁单元 BEAM189 三维二次有限应变梁单元 SOLSH190 三维8节点层合实体-壳单元 COMBIN214二维轴承单元(可变刚度和阻尼)ANSYS 考虑陀螺效应时没有计算模型上的限制，故可选择一维（梁、管）、二维（轴对称）和三维复杂计算模型进行分析。
ANSYS模态分析在汽轮发电机转子临界转速计算上的应用
( EXPLOSION - PROOF ELECTRIC MACH INE)
防爆电机
AN SY S模态分析在汽轮发电机转子 临界转速计算上的应用
李贞婷
佳木斯煤矿机械有限公摘 要 高速汽轮发电机转子的临界转速是汽轮发电机转 子设计中 的一个重要 参数, 随着计 算机技术的不断发展, 使得能够全 面考虑影 响汽轮 发电机 转子临 界转速 因素, 计算结 果更接 近于 实际的有限元分析法的应用将会越来越广泛。文章 详细介绍了 利用 AN SY S有限 元软件的模 态分 析功能, 计算汽轮发电机转子临界转速的方 法和计算结果的后处理过程。
得到两组数值, 分别为转子正进动和反进动, 由于 陀螺效应的影响, 随着转子转速的升高, 正进动固 有频率将会提高, 反进动固有频率将会降低, 根据 固有频率的 定义, 应只 对正进动固 有频率分 析。 ANSYS系统模态分 析提取的一阶和二阶固 有频 率数值对应旋转速度值见表 2。
表 2 转子固有频率 旋转速度变化表
合理保证装压压力和铁心叠压系数, 提高定 子冲片装压质量, 采取措施减小片厚差的影响, 提 高定子冲片与定子筋的焊接质量, 提高定子筋与 机座环筋板的焊接质量。在设计时充分考虑轭部 磁密的基础上, 增加定子铁心的轭部高度以提高 其刚度。 3. 10 提高转子铁心对齐度
提高转子冲片装压质量, 在转子铁心两端增 加固定压圈, 以 减小冲片变形, 转子在 加工外径
38
所示。
图 1 汽轮发电机转子模型图
1. 5 约束与载荷 汽轮发电机转子临界转速有限元分析模型约
束与载荷见表 1。
表 1 汽轮发电机转子临界转速有限元分析模型 约束与载荷
基于ANSYS Workbench的飞轮转子临界转速计算分析
基于ANSYSWorkbench的飞轮转子临界转速计算分析任正义a，朱健国b，杨立平a（哈尔滨工程大学a.工程训练中心;b.机电工程学院，哈尔滨150001）摘要：以电磁轴承支撑的飞轮转子为研究对象，建立飞轮转子的有限元模型，基于ANSYS Workbench软件对转子系统临界转速进行求解。
分析了阻尼和支撑刚度对飞轮转子系统前三阶临界转速的影响。
结果表明，阻尼对飞轮转子临界转速没有影响，支撑刚度使临界转速增加，并计算出最佳的支撑刚度调整范围。
关键词：飞轮转子；ANSYS Workbench；临界转速；阻尼；支撑刚度中图分类号:TH133.7文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）09-0023-03 Calculation and Analysis on Critical Speed of Flywheel Rotor Based on ANSYS WorkbenchREN Zhengyi a,ZHU Jianguo b,YANG Liping a(a.Engineering Training Center;b.College of Mechanical and Electrical Engineering,Harbin Engineering University,Harbin150001,China) Abstract:Critical speed causes vibrations in the rotating system and affects system operation.The calculation and analysis of critical speed is an important issue.Taking the flywheel rotor supported by the electromagnetic bearing as the research object,the finite element model of the flywheel rotor is established,and the critical speed of the rotor system is solved based on ANSYS Workbench software.The influence of damping and supporting stiffness on the first three critical speeds of the flywheel rotor system is analyzed.The results show that the damping has no effect on the critical speed of the flywheel rotor,and the support stiffness increases the critical speed.The adjustment range of the optimum support stiffness is calculated.Keywords:flywheel rotor;ANSYS Workbench;critical speed;damping;support stiffness0引言能源问题如今已经成为全球瞩目的关键性问题，开发新能源成为各国研究的重点。
ANSYS模态分析在螺杆压缩机转子临界转速计算上的应用
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戴勇
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张志清
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基 于 A N S Y S 的发 电机
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转 子 临界 转 速 计 算 [J ] 31
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采 用 有 限元 软件
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因素 螺杆压 缩 机 的转 子 可 以 保 持 完 整 的几 何模
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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。
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
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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。
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ANSYS用于转子临界转速计算
1 转子临界转速概念
转子的固有频率除了与转子结构（和支承结构）参数有关外，它还随转子涡动转速和转子自转转速的变化而变化。
在转子不平衡力驱动下，转子一般作正同步涡动，当转子涡动转速等于转子固有频率时，转子出现共振,相应转速就称为该转子的临界转速。
2 转子临界转速计算对程序的要求
计算转子临界转速必须能够考虑旋转结构涡动时产生的陀螺效应对转子临界转速的影响，这是转子临界转速计算同其他非旋转结构固有频率计算的差异所在。
一般有限元程序不具备计算转子临界转速的功能。
3 ANSYS的临界转速计算功能
1) 计算转子临界转速可用单元
BEAM4；
PIPE16。
COBIN14(用于模拟带阻尼的弹性支撑)
2) 单元特性及实常数
BEAM4和PIPE16:
Keyoption(7)=1
实常数Spin=转子自转角速度（ω） rad/s。
3) 特征值求解方法
选取DAMP方法求解特征值。
4) 计算结果处理
采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，反进动固有频率将降低，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（Ωc）进行分析。
在后处理中首先剔除负固有频率，然后分析各阶模态振型，确定同一阶振型的正进动和反进动固有频率。
改变转子自转角速度（ω），计算出新的Ωc，最后画出Ωc～ω曲线，根据临界转速的定义，当Ωc=ω时，Ωc即所求临界转速。
需注意：由于Ωc的单位为Hz，而ω为rad/s，计算时应转换单位。
4 算例
单转子结构如图1所示，转子轴近似无质量，轮盘密度8*104Kg/m3,其余材料参数为：
E=200Gpa μ=0.3
图1 模型转子结构(mm)
理论临界转速：
式中，m：轮盘质量；
k11：轮盘处转子横向刚度；
k22：轮盘处转子弯曲刚度；
k12：轮盘处转子横向与弯曲耦合刚度；
Jd：轮盘直径转动惯量
Jp：轮盘极转动惯量
图1所示模型转子的理论临界转速、ANSYS计算结果和一般传递矩阵方法计算的临界转速对比见表1。
表1 计算结果对比
计算方法理论值（Hz） ANSYS（HZ）传递矩阵法（Hz）
转子一阶临界转速 339.8 346.3 324.9
误差 - 1.9% 4.4%
算例命令流文件如下：
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CODE:
/PREP7
ET,1,BEAM4
!*
KEYOPT,1,2,0
KEYOPT,1,6,0
KEYOPT,1,7,1
KEYOPT,1,9,0
KEYOPT,1,10,0
*SET,p,acos(-1)
*SET,R1,5
*SET,R2,60
R,1,p*R1**2,p*R1**4/4,p*R1**4/4,2*R1,2*R1, ,
RMORE, ,p*R1**4/2, , ,2175, ,
R,2,p*R2**2,p*R2**4/4,p*R2**4/4,2*R2,2*R2, ,
RMORE, ,p*R2**4/2, , ,2175, ,
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2e5
MPDATA,PRXY,1,,.3
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,1e-10
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,2,,2E5
MPDATA,PRXY,2,,.3 MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,2,,8E-8
K, ,,,,
K, ,100,,,
TYPE, 1
MAT, 1
REAL, 1
ESYS, 0
LSTR, 1, 2
LESIZE,ALL, , ,200, ,1, , ,1, LMESH, 1
D,1,UX
D,1,UY
D,1,UZ
D,102,UY
D,102,UZ
FLST,2,1,2,ORDE,1
FITEM,2,200
EMODIF,P51X,MAT,2,
FLST,2,1,2,ORDE,1
FITEM,2,200
EMODIF,P51X,REAL,2,
FINISH
/SOLU
!*
ANTYPE,2
!*
MODOPT,DAMP,40
EQSLV,FRONT
MXPAND,40, , ,0
LUMPM,0
PSTRES,0
!*
MODOPT,DAMP,40,10,40000, ,OFF /STATUS,SOLU
SOLVE
FINISH。