转子动力学为固体力学的分支。 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。
运动方程为:
1.例子
如图刚性支撑单圆盘转子,圆盘质量m=20kg,半径R=120mm,转轴的跨度l=750mm,直径d=30mm。圆盘到左支点的距离a=l/3=250mm。求该转子临界转速及振型。(摘自《转子动力学》钟一谔 1987年 P14页 )
刚性支撑单圆盘转子
2.理论解
仅考虑轴的弯曲不计轴的质量,加上回转效应时的频率方程为
通过上述涡动频率可绘制出坎贝尔图,图中的曲线与直线的交点为该转子的一倍频临界转速,共有三个,故该刚性支撑单圆盘转子前三阶固有频率为:
2265.09 rpm
2333.85 rpm
8069.16 rpm
3.ANSYS APDL 分析
圆盘采用MASS21单元模拟,转轴采用BEAM188单元模拟,轴的两端为简支约束。其有限元模型如下图所示,求解可得到各阶涡动频率:
使用plorb命令输出各阶振型轨迹:
使用plcamp命令得到坎贝尔图:
如上图得到前三阶临界转速为:
2263.8rpm
2333.0rpm
8078.1rpm
4.ANSYS Workbench分析
圆盘通过Point Mass模拟,转轴在DM里面通过直线绘制赋予截面的方式模拟,轴的两端为简支约束。其有限元模型如下图所示,求解可得到各阶涡动频率:
在Solution中导出前四阶振型如下:
点击Campbell Diagram输出坎贝尔图:
如上图得到前三阶临界转速为:
2226.4rpm
2293.8rpm
7928.1rpm
5.结果对比
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转子动力学系列(一):临界转速与坎贝尔图