转子动力学分析课件.pptx

《转子动力学分析课件.pptx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、转子动力学分析一、概述转子动力学是研究轴向对称结构的旋转过程振动行为的一门科学。例如，发动机、转子、光盘驱动器和涡轮机这些设备。通过研究惯性对结构的影响可以改进设计并且可以降低失效的概率。像燃气轮机这样的高速旋转设备，必须要考虑旋转件的惯性影响以便准确地预测转子的行为。动平衡的理论根据就是转轴的弯曲振动和圆盘的质量以及偏心距的大小的一定确定关系。“临界转速”：临界转速主要是针对轴的横向振动（弯曲振动）而言的。对临界转速的计算和研究就是转子动力学的主要内容之一。ANSYS软件转子动力学求解模块，详细系统地讲解转子动力学问题中从模型的建立、求解到后处理获

2、得临界转速，运动轨迹和稳定性等一系列问题。1、通用动力学方程通用动力学方程：在转子动力学中，这个方程要增加陀螺效应和旋转阻尼，其动力学方程如下：陀螺矩阵[G]取决于转速，并且对转子动力学计算做主要的贡献。这个矩阵对于转子动力学分析是必不可少的。旋转阻尼矩阵[B]并且也取决于转速。它明显地修改结构刚度，并且能够使结构产生不稳定的运动陀螺效应：重力对高速旋转中的陀螺产生的对支撑点的力矩不会使其发生倾倒，而发生小角度的进动。此即陀螺效应。一言以蔽之，就是物体转动时的离心力会使自身保持平衡。旋转阻尼：旋转阻尼可以理解为是一个旋转式溢流阀，主油泵出口的高压油经

3、一节流孔或节流针阀引入一个圆形油腔室，油腔室有若干根圆形空心管（溢流管）均布向心排列，在圆心侧接有无压回油通道，溢流管随转轴一起旋转，油腔室的油经圆形空心管由油腔室外缘流向圆心侧，由于离心力的作用，对油的流动形成阻尼。转速生高，离心力大，阻尼力大，经圆形空心管溢出的油少，油腔室的油压就大，转速降低，离心力小，经圆形空心管溢出的油多，油腔室的油压就小。2、有限单元法模拟转子动力学的优点传统方法采用集中质量法模拟转动结构。这种方法采用质心来计算转子动力学问题。这种方法的主要缺点是不能准确的计算质量、惯性的大小和位置，从而导致系统的参数的计算不准确。ANS

4、YS软件基于有限单元法提供了一种有效计算和分析转子动力学问题的途径，并且计算精度更高，具有以下优点：准确地模拟转子系统质量和惯性；提供了大量能够模拟陀螺效应的单元；可以使用外部的CAD软件建立的实体模型；实体单元即可以考虑到转盘的柔性也可以考虑到转盘和轴的耦合振动；在完全法或子结构计算中可以包含转子系统的支撑部件。二、转子动力学分析工具1、常用的命令求解命令CAMPBELL准备结果文件，以便为预应力结构生产Campbell图CMOMEGA为单元组件指定围绕用户定义轴旋转速度CORIOLIS为旋转结构施加陀螺效应，同时也可以施加旋转阻尼影响OMEGA为

5、旋转结构指定围绕总体坐标轴的旋转速度SYNCHRO在同步或异步谐响应结构的指定激励频率后处理命令（/POST1）ANHARM生成时间-谐振求解模块的动画或是模态振型PLCAMP画坎贝尔图PLORB显示轨道运动PRCAMP打印坎贝尔图和临界速度PRORB输出轨道运动的特点2、常用的单元旋转结构中的单元必须考虑旋转角度中包含的陀螺效应。以下单元为转子动力学分析中常用的单元：BEAM4，PIPE16，MASS21，SHELL63，BEAM188，SHELL181，BEAM189，SOLID45，SOLID95，SOLID185，SOLID187，SOLID

6、272，SOLID273，SHELL281，PIPE288，PIPE289。3、常用的术语（1）陀螺效应所谓陀螺效应，就是旋转着的物体具有像陀螺一样的效应。陀螺有两个特点：进动性和定轴性。简单来说，陀螺效应就是旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。对于一个绕轴Δ旋转的结构，如果在垂直于轴Δ施加一个扰动会发生进动且会出现反力矩。这个反力矩就是陀螺力矩。陀螺力矩的轴垂直于旋转轴也垂直于进动轴。这将导致陀螺矩阵耦合了垂直于旋转轴平面上的自由度。这也导致陀螺矩阵为非对称矩阵。（2）涡动转子正常的旋转也包含了涡动的概念。例如转子在不平衡力矩作用下，

7、转轴发生挠曲变形，转轴以角速度ω在空间旋转，此时转轴的运动实际上是两种运动的合成。一种是转轴绕其轴线的定轴转动，转动角速度就是旋转速度ω；另一种则是变形的轴线绕其静平衡位置的空间回转，回转角速度仍然是ω，在这里称为涡动。正常转轴的涡动角速度Ω和旋转角速度ω相等，因此称它为同步涡动。当转子发生自激振动时，由于涡动转速与转子转速不符，将发生异步涡动。如果涡动的运动方向与旋转方向相同，称为正向涡动（FW），反之则为反向涡动（BW）。（3）椭圆轨迹在大多数情况下，旋转轴上的节点稳态轨道也叫做轨迹，且是个椭圆形状。它的特点如下：1）在局部坐标系XYZ中，x轴为

8、旋转轴，在节点I处的椭圆由长半轴A，短半轴B和相位角Ψ（PSI），定义如图2）ϕ（PHI）定义了节点的初始位