快速学会一项分析-空心圆柱的转子动力学-OS-T：1372
转子动力学是研究旋转机械中转子系统行为的一门工程学科，它涉及转子在旋转状态下的动态响应、稳定性和振动特性。转子是如涡轮机、电动机、内燃机以及各种压缩机等旋转设备的核心部件。转子动力学的主要研究内容包括转子的平衡、临界转速、模态分析、油膜轴承的稳定性、转子-轴承系统的耦合振动、以及由于制造误差、非平衡力、不对中、松动、热变形等原因引起的转子系统故障诊断和分析。转子动力学对于确保旋转设备的性能、可靠性和寿命至关重要。通过转子动力学分析，可以预测和解决可能导致机器故障的问题，如转子的异常振动或失效。此外，转子动力学还涉及到设计阶段的优化，以提高转子系统的动态性能和稳定性，减少维护成本，并提高能源效率。在本教程中，您将对空心圆柱形转子进行转子动力学分析。在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-1372/rotor.zip对于旋转部件，存在陀螺力和圆周阻尼力等附加力，并且在研究其响应时至关重要。确定旋转部件对整个系统的这些影响非常重要。这里运行0、10K、30K 和50K RPM 的复特征值分析。目标是确定临界频率，并在转子受到静态不平衡时生成坎贝尔图。在临界频率处，您可以观察到向前/向后、圆柱形和圆锥形旋转振型。图1.模型查看rotor.fem 文件数据·转子的梁单元是使用1D网格创建的·转子材料由MAT1 定义·转子使用Beam Property 定义·在模型中定义了SPC 图2.一、启动HyperMesh 并设置OptiStruct 用户配置文件1.启动HyperMesh。此时将打开User Profile对话框。2.选择OptiStruct然后单击OK。这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh 的功能缩减为与生成OptiStruct 模型相关的功能。二、导入模型1.单击File>Import>Solver Deck。导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。2.对于File type ，选择OptiStruct。3.选择文件图标。此时将打开Select OptiStruct 文件浏览器。4.选择保存到工作目录的rotor.fem文件。5.单击Open。6.单击Import，然后单击Close以关闭Import 选项卡。三、设置模型1 2 3 3.1创建EIGRL 和EIGC 卡在此步骤中，使用模态方法求解复特征值问题，与直接提取复模态相比，该问题在计算效率更高。使用这种方法，首先，通过正则模态分析来计算实模态。然后，在由真实模态投影所得的子空间上形成了一个复杂的特征值问题。在这里，需要定义EIGRL 和EIGC 卡。1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step Inputs。2.在Name字段中，输入EIGRL。3.对于Config type ，选择Real Eigen Value Extraction 。4.对于Type ，从下拉菜单中选择EIGRL。5.点击V2并输入250.0。 250.0 定义为最高频率。6.创建另一个名为EIGC 的Load Step Inputs。7.对于Config type ，选择Complex Eigen Value Extraction 。8.对于Type ，验证是否已选择默认EIGC。9.单击NORM并选择MAX。MAX 选项用于归一化特征向量。10.对于ND0 OPTIONS，从下拉菜单中选择User Defined。11.点击ND0并输入55。要提取的所需根数为55。3.2定义转子模型的网格1.右键单击Model Browser，然后选择Create>SET。2.单击Name并输入ROTORG_SET。3.单击Card Image并选择ROTORG从下拉菜单中。4.点击Entity IDs然后点击nodes。5.选择nodes >by collector并选择CBEAM和proceed。6.选中RSPINR字段旁边的框，因为通过ROTORG定义的每个转子都需要相应的RSPINR条目。7.单击GRIDA旁边的字段，然后单击Node。8.在选择面板中，单击Node并在ID=字段中输入10000。9.同样，对于GRIDB，输入10001。10.单击SPTID 旁边的字段，然后输入1.0。3.3创建RSPEED Load Collector1.在Model Browser中，右键单击并选择Create >Load Collector。2.单击Name并输入RSPEED。3.单击Card Image并选择RSPEED从下拉菜单中。4.单击S1并输入0.0，这是第一个参考转子速度。5.单击DS并输入10000.0，即参考转子速度的增量。6.单击NDS并输入5，这是参考转子速度增量的数量。3.4创建RGYRO Load Step Inputs1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step Inputs。2.单击Name并输入RGYRO。3.单击Config type并从下拉菜单中选择Rotor dynamic Analysis Parameters。4.对于Type ，验证是否已选择RGYRO。5.单击SYNCFLG并选择ASYNC从下拉菜单中。Tip：设置为运行Asynchronous Rotor 动力学分析。6.单击REFROTR，然后单击set。7.选择ROTORG_SET然后单击OK。8.选中SPEED_ID旁边的字段。9.在SPEED字段旁边，单击Unspecified>Loadcol并从弹出窗口中选择RSPEED。 3.5定义模态复特征值分析的Load Step1.在Model Browser中，右键单击并选择Create > Load Step。2.在Name字段中，输入Rotor Dynamics。3.点击Analysis type并从下拉菜单中选择Complex eigen（modal）。4.对于SPC，从Load Collector 列表中选择SPC。5.对于CMETHOD，从Load Step Inputs列表中选择EIGC。6.对于METHOD（STRUCT），从Load Step Inputs列表中选择EIGRL。7.在SUBCASE OPTIONS下，选中RGYRO旁边的字段，然后RGYRO_ID。8.单击ID 旁边的字段以选择加载步骤输入RGYRO。四、提交作业1.在Analysis页面中，单击OptiStruct 面板。图3.访问OptiStruct 面板2.单击save as。3.在Save As对话框中，指定写入OptiStruct 模型文件的位置，并在文件名中输入rotor_async。对于OptiStruct 求解器模型，建议使用.fem 扩展名。4.单击Save。input file 字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。5.将导出选项切换设置为all。6.将run options 切换设置为analysis。7.将memory options 切换设置为memory default。8.单击OptiStruct以启动OptiStruct 作业。如果作业成功，则新的结果文件应位于写入rotor_async.fem 的目录中。rotor_async.out 文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，可以帮助调试输入模型。五、运行模型1.点击Model Browser中的RGYRO卡。2.单击SYNCFLG并从下拉菜单中从ASYNC 更改为SYNC。3.在Analysis页面中，输入OptiStruct 面板。4.单击input file：字段后面的Save as。此时将打开一个Save As浏览器窗口。5.选择要写入文件的目录，然后在File name：字段中输入名称rotor_sync.fem。6.单击Save。 Note：文件的名称和位置显示在input file：字段中。7.设置导出选项：切换至all。8.设置运行选项：切换至Analysis。9.设置内存选项：切换tomemory default。10.单击OptiStruct。这将启动OptiStruct 作业。如果作业成功完成，则可以在写入OptiStruct 模型文件的目录中看到新的结果文件。rotor_sync.out 文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这将有助于调试输入模型。六、查看结果复特征值分析计算结构的复模态。复模态的特征值可以在rotor_async.out 文件中找到。可以在HyperView 中查看复数特征向量。1.阅读rotor_async.out 中的HyperView.To 获取坎贝尔图并查看交点处的临界频率，选择坎贝尔图说明。图4.HyperView 中的TableView 提供了临界频率的摘要。图5.2. 在文本编辑器中加载rotor_sync.out 文件。从同步转子动力学分析中获得的频率为您提供临界频率。复数模态包含虚部（表示周期频率）和实部（表示模态的阻尼）。如果实部为负数，则称该众数为稳定。如果实部为正，则模式不稳定。 图6.复模态的特征值3.比较以验证您从交点获得的临界频率和您在rotor_sync.out 文件中获得的频率。4.将rotor_async.h3d 文件加载到HyperView 中，以查看和验证下面的圆柱形和圆锥形振型。RPM Cylindrical Modes Forward Mode #3 Cylindrical Modes Backward Mode #4 Conical Modes Forward Mode #5 Conical Modes Backward Mode #6 10,000 2.802E+00 2.802E+00 1.248E+01 1.248E 30,000 2.802E+00 2.802E+00 1.201E+01 1.201E+01 50,000 2.802E+00 2.802E+00 1.058E+01 1.058E+1 © 2023 Altair Engineering， Inc. 公司保留所有权利。 来源：TodayCAEer
