关于ansys做转子动力学问题若干思考

malong

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: Mass21eam4pipe16eam188eam189

上面三个网友的解释 ,转自:simwe

3 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

/PREP7  
MP,EX,1,2.1e11
MP,NUXY,1,0.3  
Mp,DENS,1,7850
ET,1,COMBIN14   
ET,2,SOLID45

R,1,0.1, , ,
*afun,deg  ! 设置角度为（度默认为弧度）   
r1=0.025/2
r2=0.240/2
l=0.025

CYL4,0,0,0,0,r1,20  
VEXT,all, , ,0,0,l,,,,
CSYS,1  
VGEN,18,all, , , ,20, , ,0
CSYS,0  
VGEN,25,all, , , , ,l, ,0  

ASEL,NONE
CYL4,0,0,r1,0,r2,20
VEXT,all, , ,0,0,l,,,,
CSYS,1  
VGEN,18,all, , , ,20, , ,0
VSEL,S,LOC,X,r1,r2
VGEN, ,all, , , , ,10*l, , ,1  

ALLSEL,ALL  
NUMMRG,ALL, , , ,LOW
NUMCMP,ALL  
LSEL,S,LOC,X,0,r1   
LSEL,A,LOC,X,r2   
LESIZE,all, , ,1, , , , ,0  
LSEL,INVE   
LESIZE,all,l, , , , , , ,0  
MSHAPE,0,3D
MSHKEY,1
VSEL, , , ,all
VSWEEP,all  
CM,rotor,VOLU   
CM,Erotor,ELEM  
save

VSEL,S,LOC,Z,10*l,11*l  
!*  
/GO
DK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,  
OMEGA,0,0,0,1   
CMOMEGA,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
http://forum.vibunion.com/forum/ ... 2407&highlight=

[ 本帖最后由 malong 于 2006-10-5 09:33 编辑 ]

malong

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。

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。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。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。
   以上是ansys做转子动力学的方法，即选定一个自转速度就获得一个正进动固有频率（Ωc），但是选定一个自转速度后能得到很多阶的频率，如何确定Ωc？如下是本人选定一个自转速度后得到的频率：
*****  INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE  *****
  
   SET   TIME/FREQ    LOAD STEP   SUBSTEP  CUMULATIVE
     1 0.48827E-03         1         1         1
     2     341.70             1         1         1
     3 0.48815E-03         1         2         2
     4 -341.70                1         2         2
     5 0.81975E-03         1         3         3
     6  343.61                1         3         3
     7 0.81978E-03         1         4         4
     8 -343.61                1         4         4
     9-0.91412E-03         1         5         5
    10  718.81                1         5         5
    11-0.91394E-03         1         6         6
    12 -718.81                1         6         6
    13-0.65191E-02         1         7         7
    14  784.69                1         7         7
    15-0.65194E-02         1         8         8
    16 -784.69                1         8         8
    17 0.42452E-01         1         9         9
    18  824.10                1         9         9
    19 0.42453E-01         1        10        10
    20 -824.10                1        10        10
    21 0.41087E-03         1        11        11
    22  1093.9                1        11        11
    23 0.41088E-03         1        12        12
    24 -1093.9                1        12        12
    25-0.30042E-01         1        13        13
    26  2226.1                1        13        13
    27-0.30043E-01         1        14        14
    28 -2226.1                1        14        14
    29-0.10823E-01         1        15        15
    30  2284.0                1        15        15
    31-0.10823E-01         1        16        16
    32 -2284.0                1        16        16
    33-0.31331E-01         1        17        17
    34  3941.3                1        17        17
    35-0.31330E-01         1        18        18
    36 -3941.3                1        18        18
    37-0.34306E-01         1        19        19
    38  3997.9                1        19        19
    39-0.34306E-01         1        20        20
    40 -3997.9                1        20        20
   请赐教.

malong

【分享】vc/fortran与ansys（转自猎手）

大家都想看mulin的关于ansys编程的帖子，我始终没有联系上他/她，如果获得同意，我会开放那篇帖子。如下是我从猎手转载来的，谢谢。本人不会ansys，因此对相关技术问题无法回答。
  
原作者hunter
将ANSYS作为子程序调用  
对于优化或参数化设计，可以在VC或FORTRAN中将ANSYS作为子程序调用。具体调用方法如下：  
1.在VC中调用ANSYS  
::WinExec("d:/ANSYS57/BIN/INTEL/ANSYS57 -b -p ansys_product_feature -i input_file -o output_file",SW_SHOWNORMAL);  
  
2.在FORTRAN中调用ANSYS  
LOGICAL(4) result  
RESULT=SYSTEMQQ('d:\ANSYS57\BIN\INTEL\ANSYS57 -b -p  
ansys_product_feature -i input_file -o output_file')  
  
3.说明  
1和2中，input_file为用APDL语言编写的ANSYS输入文件。  
ansys_product_feature为你的ANSYS产品特征代码。  
需要注意的是，在VC中调用ANSYS时，需要加一条判断语句，以确定ANSYS  
已经执行完毕。  
  
在ANSYS中当然也可以以VC或FORTRAN作为子程序调用。可以参看有关ANSYS二次开发方面的资料。 这个方法应该是与系统无关的。  
  
在FORTRAN中不需要判断，FORTRAN会等ANSYS执行完毕才继续执行下一条语句。  
在VC中，我没有找到与FORTRAN类似的函数，只好加一条循环判断语句。  
如果谁能找着这样的函数，请告诉我，谢谢！  
  
判断方法很简单，只需判断错误文件file.err是否可写就可以了。  
因为当ANSYS在运行时，file.err是不可写的，只有当它运行完毕，此文件才可写。  
  
原作者webycn
VC中调用Ansys的方法如下，具体过程就不写了。  
: 1 利用Ansys建立一个通用有限元模型，并进行计算求解。注意：根据模型中所有可变  
的参数定义相应的参数，利用参数化建模。将生成的log 文件拷贝成另一文件，即宏命  
令文件。当然可以直接用APDL编写此文件。  
：2 VC编写界面：  
    （1） 要实现前处理参数输入功能；  
     (2） 根据用户输入的参数修改刚才得到的ansys宏命令文件中，参数对于的参数值 ；  
     (3） 将生成的宏命令文件文件提交给Ansys程序进行批处理操作；  
          在VC＋＋ 中可利用CreateProcess函数创建一个进程，去执行其他程序，并且可以设置改进程的优先级。  
      Ansys提供了一种批处理方式的格式："Ansys. bat-I InputName- O OutNam  
e. 其中InputName和OutName分别为输入输出文件名。  
     （4）程序需要判断Ansys的批处理操作何时结束。  
         在Window NT 操作系统中当一个进程运行完毕后，窗口的标题会有 "已完成"这几个字。如当Ansys批处理完成后，窗口标题会显示 "Ansys已完成”。可以利用这  
一个特点来判断进程是否运行完毕。  
： 3 利用结果文件（out文件，或者由你在宏命令中指定输出的文件）进行后处理  
  
自评:其实这种方法不能是真正意义上的开发,只不过用vc创建一个进程,vc与ansys并没有真正意义上的结合.如果自己开发程序,你永远都无法脱离ansys这个软件环境.二次开发应该是DLL或ActiveX,或者其它的COM对象形式,可以离开开发软件的运行环境.不过,实现一定的批处理功能也不错.  
希望多讨论


搞ansys二次开发的可以看看 这个帖子

malong

转自 simwe.com



【原创】自己做的转子临界转速计算的小程序,请高手指点

请指教为什么刚度的变化(即使在轴承的刚度选取范围内)会对临界转速的影响这么大,用matlab计算影响就没这么大.ps:如有错误请高手指出!
            谢谢!!
  
fini
/clear
r1=.020
r2=.030
r3=.225
r4=.030
r5=.025
r6=.020
r7=.0225
r8=.018
pi=acos(-1)
/prep7
mp,ex,,2.1e11
mp,dens,,7850
mp,prxy,,0.3
!定义节点
n,1
n,5,.030
fill,1,5,3
n,13,.070
fill,5,13,7
n,17,.095
fill,13,17,3
n,21,.135
fill,17,21,3
n,31,.240
fill,21,31,9
n,35,.270
fill,31,35,3
n,43,.300
fill,35,43,7
n,47,.330
fill,43,47,3
n,48,.015,-.003
n,49,.255,-.003
!定义单元类型
et,1,4               !梁单元
et,2,14              !弹簧单元
et,3,21,,,4          !集中质量单元
!定义实常数
R,1,pi*R1**2,pi*R1**4/4,pi*R1**4/4,2*R1,2*R1, ,
RMORE, ,pi*R1**4/2, , , , ,
R,2,pi*R2**2,pi*R2**4/4,pi*R2**4/4,2*R2,2*R2, ,
RMORE, ,pi*R2**4/2, , , , ,
R,3,pi*R3**2,pi*R3**4/4,pi*R3**4/4,2*R3,2*R3, ,
RMORE, ,pi*R3**4/2, , , , ,
R,4,pi*R4**2,pi*R4**4/4,pi*R4**4/4,2*R4,2*R4, ,
RMORE, ,pi*R4**4/2, , , , ,
R,5,pi*R5**2,pi*R5**4/4,pi*R5**4/4,2*R5,2*R5, ,
RMORE, ,pi*R5**4/2, , , , ,
R,6,pi*R6**2,pi*R6**4/4,pi*R6**4/4,2*R6,2*R6, ,
RMORE, ,pi*R6**4/2, , , , ,
R,7,pi*R7**2,pi*R7**4/4,pi*R7**4/4,2*R7,2*R7, ,
RMORE, ,pi*R7**4/2, , , , ,
R,8,pi*R8**2,pi*R8**4/4,pi*R8**4/4,2*R8,2*R8, ,
RMORE, ,pi*R8**4/2, , , , ,
r,9,1.5e7,0.1
r,10,25.670
type,1
real,1
e,1,2
e,2,3
e,3,4
e,4,5
type,1
real,2
e,5,6
e,6,7
e,7,8
e,8,9
e,9,10
e,10,11
e,11,12
e,12,13
type,1
real,3
e,13,14
e,14,15
e,15,16
e,16,17
type,1
real,4
e,17,18
e,18,19
e,19,20
e,20,21
type,1
real,5
e,21,22
e,22,23
e,23,24
e,24,25
e,25,26
e,26,27
e,27,28
e,28,29
e,29,30
e,30,31
type,1
real,6
e,31,32
e,32,33
e,33,34
e,34,35
type,1
real,7
e,35,36
e,36,37
e,37,38
e,38,39
e,39,40
e,40,41
e,41,42
e,42,43
type,1
real,8
e,43,44
e,44,45
e,45,46
e,46,47
type,2
real,9
e,3,48
e,33,49
type,3
real,10
e,15
d,3,ux
d,33,ux
d,48,all
d,49,all
save
finish
/solu
antype,2
MODOPT,lanb,40   
EQSLV,FRONT  
MXPAND,40, , ,1  
LUMPM,0  
PSTRES,0
MODOPT,lanb,40,10,40000, ,OFF
solve
finish

malong

摘自 simwe.com

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  
   
   
                                                         ||  
      |----50--------|                                 ||  
      _____________________________||d=120  
      ^              ^      d0=10                 ||  
                                                         ||  
                                                        h=0.5  
      |---------- 100----------------------------------|  
   
   
算例命令流文件如下：  
/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

zhufen

支持楼主

liuyihnkjd

各位的讨论对转子动力学分析很有启发啊