关于转子动力学分析

coconel

1.转子动力学的研究内容
转子动力学主要研究转子-支承系统在旋转状态下的
振动、平衡和稳定性的问题，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。转子是涡轮机、电
机等旋转式机械中的主要旋转部件。主要研究内容：
• 寻找临界速度
• 不平衡响应计算
• 基础激励响应
• 转子旋转和系统稳定性预测
• 瞬态响应的启动和停止

2.坐标系

3.转子结构动力方程
旋转质点 P (small displacement)

旋转质点 P (small displacement)

质点P (rotating frame)的加速度

质点由Po 到 P(small displacement - rotating frame)变形引起的加速度

在旋转坐标系下，转动效应称为科氏效应，即生成科氏矩阵和科氏力。科氏矩阵通过转速和单元形函数求得各单元的科氏矩阵，然后累加形成结构的科氏矩阵。科氏力则为科氏矩阵与节点速度之积。
在固定坐标系下，转动效应称为回转效应，即生成回转矩阵，它通过单元回转动能和单元形函数求得。在转子动力学中，将回转效应分为两部分，即与转速相关的回转矩阵和与位移相关的回转矩阵，只是动力学方程表达形式不同而已。
无论考虑回转效应或是考虑科氏效应均采用命令 CORIOLIS定义。

轴承支撑的刚度系数:

4.固定坐标系的特点
固定坐标系主要用于转子动力学分析，转动结构（或转子）有静止的支承结构，而固定坐标系下的转动部件必须是关于转轴的轴对称结构，但静止部件无需轴对称。ANSYS将整体坐标系指定为固定坐标系，并在此坐标系下计算位移场，当定义"CORIOLIS，ON，，ON"时考虑回转效应，但回转矩阵仅支持线性分析。
固定坐标系下可计入回转矩阵的单元见表 。梁单元的长度方向为转速方向，采用带中间节点的 SHEL281 单元和其他三角形单元模拟计入回转矩阵的壳结构时，使用 QR- DAMP 法提取模态可能会产生异常，在提取模态数目较少时更是如此，这种情况下建议采用 DAMP 法提取模态。
在固定坐标系下，ANSYS 支持模态分析（ANTYPE，MODAL）、瞬态动力分析（AN- TYPE，TRANS）和谐响应分析（ANTYPE，HARMIC）。对瞬态动力和谐响应分析，模态叠加法（TRNOPT，MSUP或 HROPT，MSUP）支持回转矩阵无需更新的情况，且仅可用 QR- DAMP 法（MODOPT，QRDAMP）提取模态。

模态叠加法中回转矩阵不能随转速更新，因此变转速时的瞬态动力和谐响应分析不能采用模态叠加法，尤其是在谐响应分析存在不平衡或不同步转动力时（用命令 SYNCHRO定艺义），以及瞬态动力分析模拟启动和停止时（在一个荷载步内，采用命令KBC定义渐变转速）。
对考虑回转效应的有应力分析，在静力分析阶段需打开科氏开关。若要进行 CAMP- BELL图分析，在静力分析阶段还应打开CAMPBEL开关，其目的是修改结果文件，以便配合后续的CAMPBEL图分析。但在有应力的CAMPBEL图分析中，静力分析和模态分析必须交替进行，此时仅保留模态结果。
除常规后处理外，还可用命令 PLCAMP 和 PRCAMP输出 CAMPBELL 图，用命令 PLORB和 PRORB输出涡动轨迹图和轨迹特征参数，用命令ANHARM创建动画等。