ansys转子动力学实例

基于ANSYS的转子动力学分析

1、题目描述

如图1-1所示,利用有限原原理计算转子临界转速以及不平衡响应。

图 1-1 转子示意图及尺寸

2、题目分析

采用商业软件ANSYS进行分析，转子建模时用beam188三维梁单元,该单元基于Timoshenko梁理论，考虑转动惯量与剪切变形的影响。每个节点有6个(三个平动,三个转动)或7各自由度（第七个自由度为翘曲，可选）。

轴承用combine214单元模拟。该单元可以模拟交叉刚度和阻尼。只能模拟拉压刚度，不能模拟弯曲或扭转刚度。该单元如图2-1所示，其有两个节点组成，一个节点在转子上，另一个节点在基础上。

图 2-1 combine214单元

对于质量圆盘，可以用mass21单元模拟，该单元有6个自由度，可以模拟X,Y,Z三个方向的平动质量以及转动惯性。

3、计算与结果分析 3.1 转子有限元模型

建模时，采用钢的参数，密度取7800kg/m3，弹性模量取2.11?1011pa，泊松比取0.3。轴承刚度与阻尼如表1所示，不考虑交叉刚度与阻尼，且为各项同性。

表 3-1 轴承刚度与阻尼参数 Kxx Kyy Cxx Cyy 4e7N/m 4e7N/m 4e5N.s/m 4e5N.s/m 将转子划

基于ANSYS的转子动力学分析

1、题目描述

如图1-1所示,利用有限原原理计算转子临界转速以及不平衡响应。

图 1-1 转子示意图及尺寸

2、题目分析

采用商业软件ANSYS进行分析，转子建模时用beam188三维梁单元,该单元基于Timoshenko梁理论，考虑转动惯量与剪切变形的影响。每个节点有6个(三个平动,三个转动)或7各自由度（第七个自由度为翘曲，可选）。

轴承用combine214单元模拟。该单元可以模拟交叉刚度和阻尼。只能模拟拉压刚度，不能模拟弯曲或扭转刚度。该单元如图2-1所示，其有两个节点组成，一个节点在转子上，另一个节点在基础上。

图 2-1 combine214单元

对于质量圆盘，可以用mass21单元模拟，该单元有6个自由度，可以模拟X,Y,Z三个方向的平动质量以及转动惯性。

3、计算与结果分析 3.1 转子有限元模型

建模时，采用钢的参数，密度取7800kg/m3，弹性模量取2.11?1011pa，泊松比取0.3。轴承刚度与阻尼如表1所示，不考虑交叉刚度与阻尼，且为各项同性。

表 3-1 轴承刚度与阻尼参数 Kxx Kyy Cxx Cyy 4e7N/m 4e7N/m 4e5N.s/m 4e5N.s/m 将转子划

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

第15章 转子动力学分析实例

15.1转子动力学理论背景

15.1.1 概述

带有旋转部件的整体结构，比如说飞机引擎，它的动力学行为分析需要旋转部件、定子部件和不同的连接设备的模型。模型的处理过程采用的是有限元方法。为了评估系统的整体动力学性能，在对系统的主要方程进行表述之后也要对其进行不同的分析。

这些分析类型主要如下： ? ? ?

转子系统的临界转速计算；

当系统中包含控制设备时，检查在旋转速度范围内的稳定性也是必要的； 叶片丢失等不平衡引起的振动量级预测。

主要的假定有以下方面。首先，结构元件的振动水平保持弹性和几何线性行为，也就是说转子和定子都假定是线弹性的。非线性行为主要是局部的并且存在于模型装配时。另一方面，有足够能量去获得需要的旋转速度。由于弹性的定子对系统的响应有很大的影响，并且这些结构大多数不是轴对称结构，所以系统用惯性坐标系来描述。

15.1.2 转子

有三种有限元模型可用来描述转子系统。

1D模型：转子用梁、弹簧和集中质量单元来模拟，这个模型计算速度快，它适用于有大量参数需要调整时的初期设计分析。但是，比如前文提到的飞机引擎，这个模型的细节可能需要许多专业的经验还有可能耗费很多时间。

图2.1 梁

§3.1瞬态动力学分析的定义

瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是：

其中：

[M] =质量矩阵 [C] =阻尼矩阵 [K] =刚度矩阵 { }=节点加速度向量

{ }=节点速度向量 {u} =节点位移向量

在任意给定的时间 ，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{ }）和阻尼力（[C]{ }）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。

§3.2学习瞬态动力学的预备工作

瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：

1.首先分析一个较简单模型。

§3.1瞬态动力学分析的定义

瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。

瞬态动力学的基本运动方程是：

其中：

[M] =质量矩阵

[C] =阻尼矩阵

[K] =刚度矩阵

{}=节点加速度向量

{}=节点速度向量

{u} =节点位移向量

在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和

阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。

§3.2学习瞬态动力学的预备工作

瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：

1.首先分析一个较简单模型。创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的

基于ANSYS经典界面的偏心圆盘启动的转子动

力学分析－２

这是＜基于ANSYS经典界面的偏心圆盘启动的转子动力学分析－１＞的续篇，为方便阅读，重抄题目如下．

【问题描述】 一个转子如下图所示。

该转子两端简支，在距离下端三分之一处有一个轴承支撑；而在距离上端三分之一处有一个刚性圆盘，该圆盘存在一个偏心质量。

现在该转轴从静止开始转动，经过４秒转速达到５０００ＲＰＭ。要求对该转子的启动过程进行仿真，考察偏心圆盘所在处的轴位移和弯曲应力随时间变化的过程。

其它已知条件如下：

（１）几何参数 轴的长度: 0.4 m 轴的半径: 0.01 m （２）圆盘的惯性参数: 质量= 16.47 kg

惯性矩 (XX,YY) = 9.47e-2 kg.m2 惯性矩 (ZZ) = 0.1861 kg.m2

偏心质量 (0.1g)位于圆盘上，距离轴心的距离为0.15 m . （３）材料参数：

弹性模量(E) = 2.0e+11 N/m2 泊松比 (υ) = 0.3 密度 = 7800 kg/m3

《注》该算例来自于ANSYS APDL转子动力学部分的帮助实例。 【问题分析】

１.这是一个瞬态动力学问题。

２.该瞬态动力学问题要考虑科里奥利效应，因此在分析中要打开

问题三：三角平台受谐波载荷作用,求结构响应

谐波载荷为作用在平台上面一点的集中力，幅值为10N，频率范围5Hz~70Hz

基本过程： 1、建模 2. 求模态解

3、用模态叠加法作谐分析 4. 观察结果

/PREP7 !建模 ET,1,BEAM189 ET,2,SHELL93 R,1,0.01, , , , , , MP,EX,1,210e9 MP,PRXY,1,0.3 MP,DENS,1,7850

SECTYPE, 1, BEAM, RECT, secA, 0 SECOFFSET, CENT

SECDATA,0.005,0.008,0,0,0,0,0,0,0,0 K, ,-0.5,,, K, ,0.5,,, K, ,,,1, K, ,,1,1, K, ,-0.5,1,, K, ,0.5,1,, K, ,,,0.5, A,4,5,6

LSTR, 1, 5 LSTR, 3, 4 LSTR, 2, 6 L

兵工自动化Or na c nd s r t d n e I u t y Au om a i n to

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发动机转子叶片的动力学分析唐驾时，彭海(南大学机械与运载工程学院工程力学系，长沙 4 0 8 )湖 1 0 2

摘要：为更好地了解和掌握发动机叶片的固有振动特性，对某发动机转子叶片进行模态分析和谐响应分析。利 用大型有限元计算软件 A S S采用三维实体单元建立有限元模型，到了不同材质叶片的前 8阶固有频率和振型， NY,得 并将分析结果与实验结果比较。结果表明：钛合金更适合作为叶片的铸造材料；在简谐载荷作用下，叶顶的响应要远大于叶根部的响应值；采用 2节点的三维实体单元计算精度高；定轴转动叶片的离心力载荷主要影响叶片的扭转 0振动频率。

关键词：转子叶片；模态分析；振动；有限元中图分类号：T 2 1 . P 7 2文献标志码：A

T eDy a c a y i fE g n t rBl d h n mi s An l sso n i eRo o a eT n i s i Pe g Ha a

摘要

所谓的电机是一种能够把电机产生的电能迅速转化为机械能的设备。而传统所用的电机主要是指常规永磁电机所言，这种电机性能不好，容易受损和饱和，其定位力矩和启动都存在明显的问题。而高速永磁无刷电机目前应用广泛，而且已经越来越成为国际电工领域研究的热点，也在航空、电工、化工、医学、军工等各个行业得到追捧。特别对那些对电机质量和技术要求高的行业如航天和军事领域，对高速电机的要求更加严格。从起源来看，高速永磁无刷电机最早开始于日本，目前日本几乎百分之九十以上的生产生活电机都是使用这种新型电机。不仅可以节约能源，而且如果大规模使用这种电机还可以减少对环境的污染，起到一定的环保作用，这可以说是一种新型而理想的电机。虽说高速永磁无刷电机在欧美日等发达国家已经得到普遍的推广，但是由于其高技术含量和高难度的控制性，目前还无法进行大规模投产使用，其目前使用范围仅限于那些高端的行业如航空和军事等方面。

本文采用理论建模和有限元仿真相结合的方法，通过对高速永磁无刷电机的动力学特性和工作原理进行研究分析，并提出对其结构优化的认识，建立高速永磁无刷电机转子系统动力学数学模型。

关键词：高速电机；永磁；动力学特性；结构优化

I

Abstract

The motor i