ansys的转子动力学分析研究
摘 要摘 要在燃气轮机,工业压缩机，航空发动机,及各种电动机等机械装置中运用最为广泛的是旋转机械。电力、航空、机械、化工、纺织等在全世界经济范围内有着尤为重要的作用，而这些机械的运行离不开转子动力学的应用，而旋转机械的主要部分是转子系统，因此本文将以转子系统作为对象，首先研究并介绍了转子的理论基础，以及简单转子运动的通用动力学方程，通过ANSYS软件的学习，以有限元的分析思路方式，从而建立转子的有限元简化模型，对转子系统的临界转速，不平衡激励的谐响应，转子启动时瞬态动力学，以及冲击载荷作用下转子的系统响应进行分析计算，得到直观的数据与图形结果，深入研究转子系统的机理，来达到对旋转机械转子的优化设计。以便提高转子系统的效率，从而保证安全、减少故障，并且为转子系统使用寿命的延长提供理论和技术上的支持与保障。关键词：ANSYS；转子系统；有限元；临界转速；谐响应 目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2转子动力学研究国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
1.3 ANSYS 3
1.3.1简介 3
1.3.2 ANSYS分析计算流程 3
1.4本论文的主要工作 12
第二章 转子动力学理论基础 6
2.1转子动力学计算的特点 6
2.1转子的陀螺响应 7
2.3转子的临界转速 7
第三章 转子系统动力学分析 8
3.1转子临界转速分析 8
3.1.1有限元模型 8
3.1.2算例 8
3.2 转子系统不平衡激励的谐响应分析 13
3.2.1有限元模型 13
3.2.2 算例 13
3.3 转子系统启动时的瞬态动力学分析 18
3.3.1有限元模型一维模型 18
3.3.2算例 18
3.4冲击载荷作用下的系统响应分析 24
3.4.1有限元模型一维模型 24
3.4.2 算例 24
第四章 总结与展望 30
4.1总结 30
/> 3.2.2 算例 13
3.3 转子系统启动时的瞬态动力学分析 18
3.3.1有限元模型一维模型 18
3.3.2算例 18
3.4冲击载荷作用下的系统响应分析 24
3.4.1有限元模型一维模型 24
3.4.2 算例 24
第四章 总结与展望 30
4.1总结 30
4.2展望 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
绪论
1.1研究的目的和意义
在燃气轮机,工业压缩机，航空发动机,及各种电动机等机械装置中运用最为广泛的是旋转机械。电力、航空、机械、化工、纺织等在全世界经济范围内有着尤为重要的作用，而这些机械的运行离不开转子动力学的应用，而旋转机械的主要部分是转子系统，而研究转子的主要学科叫做转子动力学。在这一方面，我们能够找到大量的论文。转子动力学的研究内容有很多，但其主要是研究转子—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后转子的横向振动问题。通过研究惯性对结构的影响，能够对转子失效的成因进行了解，从而在设计转子的过程中尽量避免或减少不利因素，同时研究转子系统中旋转件的惯性影响，也能构预测转子的运动行为，消除振动，提高稳定性。
研究分析转子动力学，我们可以研究它的运动轨迹，研究转子的受力与时间的关系，研究位移与时间的关系，来预测转子系统的运动状态，规避转子的共振频率，为设计转子系统提供必要的参数条件，提高转子系统运行时的稳定性，提高工作人员的安全性。
1.2转子动力学研究国内外研究现状
1.2.1国际研究现状
在经过一个多世纪的历程中，转子动力学已经发展成为一门具有深度的理论与实践性极强的应用学科。工业革命与科技进步的推动在其中起着巨大的作用。
50年代以来，世界普遍进入了科技大幅进步的节奏，电力，航空航天等大工业进一步推动了转子动力学的发展。目前世界顶尖水平在转子动力学特性，转子的平衡技术，转子振动噪声和参数识别上的研究水平相当高。并且国外在转子动力学的研究技术与方法上具有先进性，对于转子的性能设计与优化设计主要是针对相关型号，在实际应用中的可靠性高。国外对转子历来研究的文献有着比较全面的保存，包括了转子动力学的设计，动力学特性，振动的控制等多个方面。在如此多研究的基础上，国外在多盘转子动力学研究方面进一步加强，并且提出了新概念转子的动力学设计。不过，国际上研究最多的是多阶临界转速，所以转子系统临界转速和稳态，瞬态响应的预估以及柔性转子的动平衡等成为一系列新的研究课题。
1.2.2国内研究现状
前些年随着三峡工程的开工建设,我国将转子动力学的研究课题列入了多项国家重大项目,投入了大量的经费,促使我国转子动力学的研究正在迅速的前进期中。
90年代以后,我国的研究水准更是有了长足的进步，研究方向也变的不再单一，研究深度更是加大。
但是我国仍然在研究方面存在大量的问题，众所周知，相比较国外的高精度，高功率，高安全性能的发动机，柴油机等动力系统，我国的在这方面则大为诟病，这主要是我国转子动力学理论与实践的研究缺乏创新性。
在我国高技术研究中与世界先进水平相比，在某些领域尚属空白，研究的范围很小，并且在这些狭窄领域内，低水平的重复研究占了较大的比例，其中更是不乏跟随研究。所以低水平的研究群体很多，真正能够在转子动力学领域内担任主导地位的其实仍是80,90年代的老专家，我国一直致力于培养新兴人才，然而国外的研究团队，研究水平似乎对这些人才具有巨大的吸引力，很多人选择留在国外，还有一大批人从事其他领域。导致我国在转子动力学的研究，尤其是航空航天发动机方面缺乏人才，青黄不接。因此稳定的培养青年学者是首要任务。
另外，在已经研究的成果中，我们仍然能发现，许多研究的结论中其实它们的方向仍然不明确，并且层次还停留在理论数据上，只是通过简单的数值模拟来应对实际运用，二者的差别其实是较大的，能够用来解决工程问题的研究成果并不多。所以，加强理论与实践的研究对比，提高实验研究水平与力度，是势在必行的。
虽然如此多的问题困扰着我国转子动力学的研究，但是，随着国家发展，与在国际上与先进国家的技术研究合作，相信我国学者今后在这一领域能够做出巨大的贡献。
1.3 ANSYS
1.3.1简介
ANSYS软件是美国一个大型通用有限元分析软件。现如今，ANSYS版本已经更新到16.0，ANSYS的功能也十分强大了，涉及了力学，热学等诸多领域。ANSYS能够与多数的制图软件实现完美对接，有助于使用不同制图软件的设计者更加方便的接入ANSYS软件，并通过它完成对产品的分析。
在ANSYS覆盖到的范围内，在分析动力学等领域有巨大作用。ANSYS软件里主要包括三大模块部分：前处理、分析计算和后处理。在前处理模块里，用户可以根据需要分析的材料及结构模型来进行实体建模的，再根据分析精度的需求来进行网格划分，在实际操作中，ANSYS软件有许多智能模
第一章 绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
1.2转子动力学研究国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
1.3 ANSYS 3
1.3.1简介 3
1.3.2 ANSYS分析计算流程 3
1.4本论文的主要工作 12
第二章 转子动力学理论基础 6
2.1转子动力学计算的特点 6
2.1转子的陀螺响应 7
2.3转子的临界转速 7
第三章 转子系统动力学分析 8
3.1转子临界转速分析 8
3.1.1有限元模型 8
3.1.2算例 8
3.2 转子系统不平衡激励的谐响应分析 13
3.2.1有限元模型 13
3.2.2 算例 13
3.3 转子系统启动时的瞬态动力学分析 18
3.3.1有限元模型一维模型 18
3.3.2算例 18
3.4冲击载荷作用下的系统响应分析 24
3.4.1有限元模型一维模型 24
3.4.2 算例 24
第四章 总结与展望 30
4.1总结 30
/> 3.2.2 算例 13
3.3 转子系统启动时的瞬态动力学分析 18
3.3.1有限元模型一维模型 18
3.3.2算例 18
3.4冲击载荷作用下的系统响应分析 24
3.4.1有限元模型一维模型 24
3.4.2 算例 24
第四章 总结与展望 30
4.1总结 30
4.2展望 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
绪论
1.1研究的目的和意义
在燃气轮机,工业压缩机，航空发动机,及各种电动机等机械装置中运用最为广泛的是旋转机械。电力、航空、机械、化工、纺织等在全世界经济范围内有着尤为重要的作用，而这些机械的运行离不开转子动力学的应用，而旋转机械的主要部分是转子系统，而研究转子的主要学科叫做转子动力学。在这一方面，我们能够找到大量的论文。转子动力学的研究内容有很多，但其主要是研究转子—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后转子的横向振动问题。通过研究惯性对结构的影响，能够对转子失效的成因进行了解，从而在设计转子的过程中尽量避免或减少不利因素，同时研究转子系统中旋转件的惯性影响，也能构预测转子的运动行为，消除振动，提高稳定性。
研究分析转子动力学，我们可以研究它的运动轨迹，研究转子的受力与时间的关系，研究位移与时间的关系，来预测转子系统的运动状态，规避转子的共振频率，为设计转子系统提供必要的参数条件，提高转子系统运行时的稳定性，提高工作人员的安全性。
1.2转子动力学研究国内外研究现状
1.2.1国际研究现状
在经过一个多世纪的历程中，转子动力学已经发展成为一门具有深度的理论与实践性极强的应用学科。工业革命与科技进步的推动在其中起着巨大的作用。
50年代以来，世界普遍进入了科技大幅进步的节奏，电力，航空航天等大工业进一步推动了转子动力学的发展。目前世界顶尖水平在转子动力学特性，转子的平衡技术，转子振动噪声和参数识别上的研究水平相当高。并且国外在转子动力学的研究技术与方法上具有先进性，对于转子的性能设计与优化设计主要是针对相关型号，在实际应用中的可靠性高。国外对转子历来研究的文献有着比较全面的保存，包括了转子动力学的设计，动力学特性，振动的控制等多个方面。在如此多研究的基础上，国外在多盘转子动力学研究方面进一步加强，并且提出了新概念转子的动力学设计。不过，国际上研究最多的是多阶临界转速，所以转子系统临界转速和稳态，瞬态响应的预估以及柔性转子的动平衡等成为一系列新的研究课题。
1.2.2国内研究现状
前些年随着三峡工程的开工建设,我国将转子动力学的研究课题列入了多项国家重大项目,投入了大量的经费,促使我国转子动力学的研究正在迅速的前进期中。
90年代以后,我国的研究水准更是有了长足的进步，研究方向也变的不再单一，研究深度更是加大。
但是我国仍然在研究方面存在大量的问题，众所周知，相比较国外的高精度，高功率，高安全性能的发动机，柴油机等动力系统，我国的在这方面则大为诟病，这主要是我国转子动力学理论与实践的研究缺乏创新性。
在我国高技术研究中与世界先进水平相比，在某些领域尚属空白，研究的范围很小，并且在这些狭窄领域内，低水平的重复研究占了较大的比例，其中更是不乏跟随研究。所以低水平的研究群体很多，真正能够在转子动力学领域内担任主导地位的其实仍是80,90年代的老专家，我国一直致力于培养新兴人才，然而国外的研究团队，研究水平似乎对这些人才具有巨大的吸引力，很多人选择留在国外，还有一大批人从事其他领域。导致我国在转子动力学的研究，尤其是航空航天发动机方面缺乏人才，青黄不接。因此稳定的培养青年学者是首要任务。
另外，在已经研究的成果中，我们仍然能发现，许多研究的结论中其实它们的方向仍然不明确，并且层次还停留在理论数据上，只是通过简单的数值模拟来应对实际运用，二者的差别其实是较大的，能够用来解决工程问题的研究成果并不多。所以，加强理论与实践的研究对比，提高实验研究水平与力度，是势在必行的。
虽然如此多的问题困扰着我国转子动力学的研究，但是，随着国家发展，与在国际上与先进国家的技术研究合作，相信我国学者今后在这一领域能够做出巨大的贡献。
1.3 ANSYS
1.3.1简介
ANSYS软件是美国一个大型通用有限元分析软件。现如今，ANSYS版本已经更新到16.0，ANSYS的功能也十分强大了，涉及了力学，热学等诸多领域。ANSYS能够与多数的制图软件实现完美对接，有助于使用不同制图软件的设计者更加方便的接入ANSYS软件，并通过它完成对产品的分析。
在ANSYS覆盖到的范围内，在分析动力学等领域有巨大作用。ANSYS软件里主要包括三大模块部分：前处理、分析计算和后处理。在前处理模块里，用户可以根据需要分析的材料及结构模型来进行实体建模的，再根据分析精度的需求来进行网格划分，在实际操作中，ANSYS软件有许多智能模
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