Rotor dynamics in ANSYS
- 5. • Rotor vibration modes as side effects of
dynamic process of energy transfer from the
source to work.
- 6. Rotor dynamics Equation
• M·x’’ + Cs·x’ + K·x = F
• M·x’’ + [Cs+G+Cf]·x’ + [K+Kf]·x = F
• G·x’ = Coriolis force, proportional to velocity
• G – 陀螺矩阵,反对称。
• 转子回转效应,产生科氏力
• Cb, Kb – 轴承支承、密封、流体作用等的阻尼、
刚度矩阵,非对称。
• 以上 各个矩阵往往是转速ω的函数
- 7. Coriolis force 科氏力
陀螺力矩 gyroscopic moment
ω
theta
自转角速度Ω
转轴振动频率ω
转轴与中心夹角theat
极转动惯量 Jp
圆盘对质心o’的动量矩 H = Jp Ω
与轴线夹角同样为theta
由于进动,H不断改变方向,产生惯性力矩
Mg = - (ω X H) = H X ω = Jp Ω X ω
方向与平面o’AB垂直,大小为
Mg = Jp Ω ω sin(theta) ~ Jp Ω ω *theta
A
B
- 10. 稳定性 stability
失稳 unstable
稳定 stable
转子的定常运动稳定性:
1. 受干扰后,仍能够恢复定常运
动,称为稳定的定常运动。
2. 受干扰后,偏离定常运动,振
动越来越大,这种定常运动史
不稳定的。这种运动称为失稳
运动
材料内阻,部件间摩擦,滑动
轴承油膜力等提供了一个位于
轴心轨迹平面内,和轴心向径
垂直,而且与速度同向的侧向
力,是周向速度增加,向径增
大,偏离定常运动。
由于非线性存在,失稳后振动不会无限增大,
会出现闭环运动(limit cycle oscillation 极限环)
- 15. Rotor Dynamics in ANSYS
• Elements support
Coriolis effect
– Mass 21
– Beam 188, 189
– Pipe 288, 289
– Shell 181, 281
– Solid 185, 186, 187
– Solid 272, 273
• Bearing modeling
– Combin14
– Combin214
– Matrix27
– Mpc184
- 16. APDL in ANSYS
• Coriolis
– 激活Coriolis效应
• CAMPBELL
– 对预应力结构激活后续的坎
贝尔图分析
• CMOMEGA
– 设定部件转速,支持不同转
速同时存在
• OMEGA
– 设定总体转速
• SYNCHRO
– 设定同步/非同步运动或激励
• PLCAMP
– 画坎贝尔图
• PRCAMP
– 打印坎贝尔图上确定的各阶
临界转速
• PLORB
– 画轴心轨迹,只支持梁、管、
质量单元
• PRORB
– 打印轴心轨迹特性,比如轴
心各点的振幅、相位
• ANHARM
– 动画
- 17. Analysis in ANSYS
• Modal analysis – given rotational speed
– Modal frequency, shape
– Eigensolver: QRDAMP, DAMP
• Multiple modal analysis – given series
rotational speed
– Campbell diagram
- 18. Analysis in ANSYS
• Harmonic analysis
– Synchronize force 同步载荷
• Unbalance excitation 不平衡质量引起的载荷 1x
• 倍频载荷(例如2x, 3x, 1/2x, 1/3x)
– Non-synchronize force 非同步载荷
• Transient Analysis
– Start-stop
– Disturbance, stability