ANSYS_中的转子动力学计算
(必看)ANSYS转子动力学计算讨论
关于ansys做转子动力学问题若干思考（百思论坛）最近想学习一下ansys做转子动力学分析,看了点资料,有点自己感想还有一些别的网友的建议,个人认为比较不错的贴了出来一转子动力学插件:转子动力学插件演示版我已经用了基本上图形可以出来,由于版本原因例程和实际的对应有点问题,如果要有时间我可以把我做的过程,贴出来.难点:坎贝尔图我有些不太了解1 2 5 10频率还有一些刚度考虑的随转速在变化,有函数关系例子上提到了用matrix27模拟刚度,而它只用了刚度阻尼单元,好像没有考虑刚度x y 的交叉项,另外因为是演示版,节点有所限制总的来说不错!将来的要做的工作:滑动轴承模拟滚动轴承模拟挤压油膜阻尼器密封转定件接触(碰摩)电磁场耦合自润滑轴承(石墨)有感:各位学习ansys的高手,有没有兴趣自己开发上面单元,这是很有用的工作,我很感兴趣,但有碍于自己知识水平有限,尤其理论水平,有心无力,如果有对此感兴趣的希望一起研究研究;另外对于ansys做转子的动力学的书籍市场上几乎没有,呵呵希望能组织一些人力把这本书完成功在当代利在千秋提示:1 根据本人自己瞎琢磨,以及看论坛的各位高手的留言觉得做模态分析临界转速计算一般用实体单元的少由于不能考虑陀螺力矩shaft:可以采用beam系列模拟pipe系列也行这些能考虑陀螺力矩叶轮叶片:采用mass21模拟,计算转动惯量,质量通过实常数设置刚度阻尼陀螺质量矩阵:都可以采用matrix27模拟,当然也有用弹簧阻尼单元做的, 问题有过考虑油膜的非线性怎么模拟?2. 网友1:目前轴承计算,采用将刚度和阻尼的8个系数,以施加力和力矩的方式解决> 这个我没搞懂,如果那位给个例子3Q网友2: Pip16能考虑陀螺力矩的影响,实体单元没有角自由度因此不能考虑陀螺力矩的影响,如果你的转子没有类似大圆盘的部分或者大的转动部分在轴的接近轴向中心,或者转速不高,就不用考虑陀螺力矩的影响,可以先采用pipe16做一下看随着转速提高,陀螺力矩对固有频率的影响.网友3:可用于陀螺矩阵下列单元可用: Mass21\beam4\pipe16\beam188\beam189上面三个网友的解释,转自:simwe3 实体单元solid45我用过计算临界转速,其他的甚么都对称,计算出来的水平和竖直方向的固有频率差很多,不知道甚么原因,和用pipe16模拟的差很多,我觉得约束形式对临界转速影响很大,对于实体单元来说模拟轴承本身就不容易,所以个人倾向于用pipe16模拟轴,计算精度也不差,我做过实验一阶临界转速和实际转子系统几乎不差多少,二阶由于实验很难观察到所以这个没有对比,但是可以采用捶击法测出转子的各阶固有频率进行对比,这个我也大概试过,二阶还是差点!在simwe上的一篇文章计算转子的临界转速！！！! 计算临界转速/PREP7MP,EX,1,2.1e11MP,NUXY,1,0.3Mp,DENS,1,7850ET,1,COMBIN14ET,2,SOLID45R,1,0.1, , ,*afun,deg ! 设置角度为（度默认为弧度）r1=0.025/2r2=0.240/2l=0.025CYL4,0,0,0,0,r1,20VEXT,all, , ,0,0,l,,,,CSYS,1VGEN,18,all, , , ,20, , ,0CSYS,0VGEN,25,all, , , , ,l, ,0ASEL,NONECYL4,0,0,r1,0,r2,20VEXT,all, , ,0,0,l,,,,CSYS,1VGEN,18,all, , , ,20, , ,0VSEL,S,LOC,X,r1,r2VGEN, ,all, , , , ,10*l, , ,1ALLSEL,ALLNUMMRG,ALL, , , ,LOWNUMCMP,ALLLSEL,S,LOC,X,0,r1LSEL,A,LOC,X,r2LESIZE,all, , ,1, , , , ,0LSEL,INVELESIZE,all,l, , , , , , ,0MSHAPE,0,3DMSHKEY,1VSEL, , , ,allVSWEEP,allCM,rotor,VOLUCM,Erotor,ELEMsaveVSEL,S,LOC,Z,10*l,11*l!*/GODK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,OMEGA,0,0,0,1CMOMEGA,EROTOR,100,0,0,,,, , , ,0另外希望大家推荐几个不错的论坛,我现在偶尔上上simwe,最近在刚结构注册了一个帐号好像7天以后才可以发言,现在还在等.大家要是看到有ansys做转子方面的文章论坛还有不错的帖子,希望大家跟贴我想学习一下呵呵谢谢大家!ansys10.0已将考虑了陀螺力矩,加上了这部分功能,可惜我为了装转子动力学插件,现在版本改回了8.1,希望用过10.0这个功能的可以讨论一下,那里不明白,那里懂了!如果有对这方面感兴趣的网友,看看这个帖子相当不错/vi ... 2407&highlight=simwe上的一个帖子【讨论】做转子动力学时：如何获得转子临界转速。
ANSYS转子动力学分析
（仅仅适用于线单元） Z
rotation axis: x
B
Y
A
Ф
Whirl Orbit Plots
Print orbit: PRORB
PRINT ORBITS FROM NODAL SOLUTION *****ANSYS VERIFICATION RUN ONLY***** DO NOT USE RESULTS FOR PRODUCTION
多级转子 Campbell图
Campbell Diagram …
y
ω
Elliptical whirl orbit
As frequencies split with increasing spin velocity, ANSYS identifies:
• forward (FW) and backward (BW) whirl • stable / unstable operation • critical speeds (PRCAMP)
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
STATIC, MODAL, HARMONIC, TRANSIENT
转子动力学求解
对比项
Stationary Frame
Rotating Frame
单元类型
BEAM4, PIPE16, MASS21, SOLID45, SOLID95, SOLID185, SOLID186, BEAM188, BEAM189.
利用ANSYS进行转子临界转速计算
万方数据第５期张利民等：利用ＡＮＳＹＳ进行转子临界转速计算３５２算例图１ＣＯＭＢＩ２１４单元２．１算例１如图２所示的转子一支承系统，其中转子总长为１．０３ｍ，轴和盘的材料属性如下：杨氏模量Ｅ＝２．０６×１０１１Ｐａ，密度ｐ＝７８００ｋｇ／ｍ３，泊松比移＝０．３。
轴为实心轴，直径Ｄ＝０．０６ｍ；盘的厚度ｈ＝０．０３ｍ；直径Ｄ。
＝０．２ｍ；每个盘上有３６个叶片，叶片厚０．０２２ｍ，宽０．０２ｍ，高０．０４ｍ；假设轴承周向刚度对称并忽略阻尼，刚度为３×１０７Ｎ／ｍ。
模型，确定同一阶振型的正迸动与反进动固有频率‘４１。
由ＡＮＳＹＳ算出的数据绘制一维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ图如下：＾雹Ｖ馨啜‘围４一维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ圈根据ＣＡＭＰＢＥＬＬ图可知，前四阶临界转速为：９５Ｈｚ、１５４Ｈｚ、１８６Ｈｚ、３８１Ｈｚ。
由于篇幅原因只给出了第一阶振型和第四阶振型。
图２双支承转子一支承系统图５（ａ）一维模型第一阶振型２．１．Ｉ一雒模型求解法在ＡＮＳＹＳｌ２．０软件中建立该转子一支承系统的一维模型如图３所示。
圈３一维梗型利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，堕着转子自转角速譬的提亭，辱进动固有频考会Ｉｔｓ（ｂ）一维模型第四阶振型降低，而正进动固有频率将提高。
根据临界转速２．１．２三维模型求解法的定义，应只对正进动固有频率进行分析。
在后在ＡＮＳＹＳｌ２．０中建立的三维模型如图６所万方数据沈阳航空工业学院学报第２７卷刁≮：图６三维模型用ＡＮＳＹＳ建立带叶片的转子支承系统的三维模型时，为了准确地加载弹簧阻尼单元，需要在指定的位置加入硬点。
由于硬点只能加载到面单元和线单元上，所以如果想把硬点加载到转轴中心线上需要用ＡＮＳＹＳ中的Ｄｉｖｉｄｅ命令把三维模型用面切开。
这样就可以在面上创建硬点。
三维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ图如图７所示：＾蛊Ｖ＊爨图７三维模型的ＣＡＭＰＢＥＬＬ图图８（ｂ）三维模型第四阶振型９９Ｈｚ、１５７Ｈｚ、１９０Ｈｚ、３９０Ｈｚ。
利用ANSYS动力学计算实现烧结风机现场动平衡一次配重法
工 业 技 术47科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 烧结鼓风机作为烧结机配套的主抽烟机,在钢铁企业直接影响烧结矿产量的主要生产设备,因工作介质通常含有大量杂质,因结垢不均匀或局部脱落易造成不平衡故障,引起机组强烈振动,影响正常运行。
现场动平衡是有效校正烧结转子不平衡的常用方法,但每次聘用专业平衡人员进行,价格较高,该文利用有限元模型计算方法,通过一次建模可计算出转子平衡响应系数,基本可实现一次停机配重准确,大大的节约了现场实施动平衡的费用及时间。
1 现场动平衡技术目前现场运用最广泛的方法是影响系数法。
该法不必将转子从机器上拆卸下来,在现场就可进行平衡,这是一种快速、高效、高精度的现场平衡法。
一般情况下,影响系数是通过实验(或试验)获取的,但有的影响系数直接使用后平衡效果很好,而另一些影响系数直接使用后平衡效果不甚理想,这是因为影响系数本身受到平衡实验过程的影响,比如试重大小和加装位置的不同,都会导致所得到的影响系数在品质和质量上存在差异。
2 ANSYS 11.0 转子动力学模块简介ANSYS 11.0 转子动力学分析模块是高级分析技术中的一部分,即为“Rotating Structural dynamics”。
其求解的理论基础为考虑了转动效应的动力学方程:[]{}([][]){}([][]){}{}e M ii G C ii K K u F 其中[M],[C],和[K]分别为结构的质量、阻尼和刚度矩阵,[]e K 为旋转软化矩阵,[G]是由于旋转引起的附加阻尼矩阵。
基于转子动力学思想的轴系建模过程可参见用户手册,如图1是建立的烧结机叶轮有限元模型。
然后可进行转子动力学的相关计算。
3 利用有限元建模进行现场动平衡辅助首先利用ANSYS有限元软件根据烧结机转子主要尺寸、质量参数进行建模,有限元模型中取螺旋桨所在位置为坐标系原点,以轴线的方向为作为坐标系x 轴。
ansys壳单元转子模态计算
一、概述在工程领域，转子是一种常见的机械结构，在旋转机械设备中起着至关重要的作用。
为了确保转子在工作中具有良好的稳定性和可靠性，必须对其进行充分的模态分析和计算。
在此过程中，有限元软件ANSYS是一种常用的工具，可以对转子进行各种模态分析。
二、ANSYS壳单元转子模态计算原理在ANSYS中进行转子模态分析时，通常采用壳单元来建模。
壳单元具有较高的计算精度和效率，可以更好地模拟转子结构的变形和振动情况。
其计算原理如下：1.建立转子几何模型需要对转子的几何形状进行建模。
可以通过ANSYS中的几何建模工具进行建模，也可以直接导入CAD中的转子模型。
在建立模型时，需要考虑转子的轴线、惯性轮廓和叶片形状等因素。
2.网格划分与壳单元建模在建立了几何模型后，需要对其进行网格划分。
通常采用四边形单元或六边形单元进行划分，以保证网格密度的均匀性和合理性。
然后将四边形单元转换为壳单元，以便进行模态分析。
3.加载和约束条件设置在进行模态分析前，需要对转子模型施加适当的加载和约束条件。
加载可以是静载荷、动载荷或者其他外部作用力，约束条件可以是边界条件或轴向约束等。
这些条件的设置对模态计算结果具有重要影响。
4.模态分析计算及结果评价利用ANSYS中的模态分析工具对转子进行模态计算。
在计算完毕后，可以得到转子的各阶固有频率和对应的振动模态。
根据计算结果评价转子的振动稳定性和动力学性能。
三、ANSYS壳单元转子模态计算的优势与其他方法相比，采用ANSYS进行壳单元转子模态计算具有以下优势：1.精度高壳单元可以更好地模拟转子的结构特性，保证模态计算结果的精度和可靠性。
在进行转子模态分析时，可以更好地捕捉转子的振动情况和模态形式。
2.计算高效采用壳单元进行模态计算的过程中，计算效率较高。
ANSYS具有并行计算和优化计算的能力，可以更快速地完成转子模态分析，并节约计算资源。
3.工程应用广泛ANSYS是一种常用的有限元分析软件，广泛应用于工程领域的模态分析。
基于ANSYS的电机转子的动力学分析
现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。
高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。
本文使用ansys研究了电机转子动力学问题，得出ansys可以计算转子动力学问题。
1 引言转子动力学的研究，最早可追溯到十九世纪六十年代。
一个多世纪以来，随着大工业的发展，转子系统被广泛地应用于包括燃气轮机、航空发动机、工业压缩机等机械装置中，在电力、航空、机械、化工、纺织等领域中起着非常重要的作用。
因而，转子动力学有着极强的工程应用背景，其相关的研究工作也越来越受到人们的重视。
由于材质的不均匀，制造、加工及安装误差等，转子系统不可避免的存在着质量偏心，同时转子在工作过程中还可能产生热变形以及磨损和介质的姑附等现象，这些因素或多或少都会导致转子不平衡的增大从而使转子的不平衡振动增大。
由过大的不平衡量引起的转子系统的振动是十分有害的，它使机械的效率降低、载荷增加，使一些零部件易于磨损、疲劳而缩短寿命，较大的振动还会恶化操作人员的劳动环境，甚至会导致发生机毁人亡的严重事故。
消除或者减小转子系统的振动首先考虑是对转子进行平衡。
现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。
高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。
转子设计和发展的这种趋势对转子的质量不平衡提出了严格的限制。
这种情况下，转子的动力学变得更加突出和重要。
本文使用ansys研究了某电机转子的动力学问题，为转子动力学设计找到了一个新的途径。
2 模型的建立及计算如图1所示，为电子转子的有限元模型，使用BEAM188单元模拟转子的轴，使用MASS21单元模拟转子，使用单元COMBI214模拟轴承。
图1 电机转子的有限元模型（不显示单元）图2 电机转子的有限元模型（显示单元）图3给出了Beam188 单元的几何简图。
Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。
转子动力学基础-ANSYS-APDL和ANSYS-Workbench对比
图6中A代表椭圆的长轴、B代表椭圆的短轴，圆盘1的轴心轨迹是半径为0.797e-4m的圆，圆盘2的轴心轨迹是轨迹为半径0.308e-4m的圆，与理论解一致。
3
3.1
如图所示的电机含有两个转子：内转子和外转子。
内转子是一根实心轴，较长；它的两端通过轴承与机架相连；在两端距离轴承不远的地方装有两个圆盘（图中没有绘制，在有限元分析中圆盘会用质量单元表示），而且右边的圆盘上存在不平衡质量，该不平衡质量产生了不平衡的力（f0= 70e-6kg·m）。
（1）7号节点（内转子上）和12号节点（外转子上）的幅值与频率的关系图。也就是要绘制这两个点的幅频关系曲线。
（2）在某一个给定频率处的转轴轨迹图。
（3）在某一个给定频率处转轴的涡动动画。
注：例子来自ANSYS help中转子动力学——8.7. Example Unbalance Harmonic Analysis。
这是一个有关 的8次代数方程，对于给定的 ，可解出4个正向涡动角速度和4个反向涡动角速度。
绘制涡动角速度随自转角速度变化曲线可得坎贝尔图，令 分别等于± 代入频率方程，即可分别解出在同步正涡动和同步反涡动下的临界转速。
表1临界转速
所谓转子的临界转速通常是指同步正向涡动时的临界转速。对于本算例的两圆盘转子系统，临界转速只有两个，即1158r/min和3183r/min。
在后处理中采用PLVAR命令输出圆盘1和圆盘2节点的总位移变化曲线。
圆盘节点位移随激励频率变化关系
从图2可以看出，曲线在19.2Hz和52.7Hz出现峰值，该两个峰值频率对应同步正进动（涡动）临界转速1152rpm和3162rpm，与模态分析结果相对应。
当频率为19.2Hz时，采用PLORB命令得到转子系统的轴心轨迹图如下。
ANSYS模态分析在螺杆压缩机转子临界转速计算上的应用
，
戴勇
．
张志清
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等
．
基 于 A N S Y S 的发 电机
，
转 子 临界 转 速 计 算 [J ] 31
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防爆 电 机
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采 用 有 限元 软件
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对螺 杆压 缩 机 转 子
进行 临界转速 的 分析计算 考 虑 到 了 更 多 的影 响
因素 螺杆压 缩 机 的转 子 可 以 保 持 完 整 的几 何模
，
速 的计 算 是 计 算 转 子 的 固 有 特 性 而 扭 转 临 界 转
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ANSYS 中的转子动力学计算
雷先华 安世亚太
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。
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：
[][][]{}{}([]){}{}M u
C C u K u F gyr +++=&&& []C gyr 为陀螺效应矩阵。
在旋转坐标系下转子的动力方程为：
[][][]{}{}([]){}([]){}M u C C u K K u F cor spin r r r
+++−=&&& []C cor 为哥氏效应矩阵，[]K spin 为旋转软化效应刚度矩阵。
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：
– 无阻尼临界转速分析
– 不平衡响应分析
– 阻尼特征值分析
– 涡动和稳定性预测 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：
SHELL 181
4节点有限应变壳单元 PLANE 182
二维4节点结构实体单元 PLANE 183
二维8节点结构实体单元 SOLID 185
三维8节点结构实体单元 SOLID 186
三维20节点结构实体单元 SOLID 187
三维10
节点四面体结构实体单元
BEAM 188
三维一次有限应变梁单元 BEAM 189 三维二次有限应变梁单元
COMBIN214 二维轴承单元（可变刚度和阻尼）
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。
同时，ANSYS 还提供了一系列功能以完善转子动力学的计算，包括： z CMOMEGA 可以通过组（component CM_NAME ）对多个转子指定不同的转速
z CORIOLIS 可以考虑哥氏效应在不同参考坐标系下的影响
z PLCAMP 可绘制坎贝尔图，为临界转速的确定提供了方便
z PRCAMP 可打印固有频率和临界转速
z CAMPB 可绘制预应力结构的坎贝尔图。
z PRORB 可打印出转子涡动幅值
z PLORB 可绘制转子不同截面的涡动轨迹
z ……
3 ANSYS 转子动力学计算在航空发动机上的应用
图1 ANSYS 转子动力学分析功能
航空发动机是高速旋转机械，转子动力学和整机振动响应是必不可少的研究课题。
传统的传递矩阵分析方法虽然将非常复杂的结构进行了大量简化，使分析变得简单，但同时也不可避免地丢失了大量的细节信息，使模型的完整性变差。
有限元方法能够很好地解决模型的完整性问题，动力缩减技术也使得计算时间大大缩短。
ANSYS很好地考虑了陀螺效应这一特殊的动力学现象，提供了强大分析工具，使航空发动机的转子动力学和整机振动分析从模型的简化和建立到计算分析变得简单、高效。
图2 ANSYS航空发动机转子动力学分析部分实例。