基于ANSYS 经典界面的厚壁圆筒的转子动力学分析（模态分析）

2016-11-01  by:CAE仿真在线  来源:互联网

【问题描述】

厚壁圆筒如下图所示,它围绕其中心轴以每秒50转的速度转动。现在要使用旋转坐标系,计算在考虑科里奥利效果以及不考虑科里奥利效果时,该圆筒的固有频率。

相关的几何参数如下:

长度: 0.254米

中径(半径):0.09525米

壁厚:0.0381米

相关的材料参数如下:

弹性模量: 2.07e11 mpa

泊松比: 0.28

密度: 7.86e3 kg/m3

《注》该算例来自于ANSYS APDL转子动力学部分的帮助实例

【范例说明】

给出该例子的目的有以下几个方面:

(1)说明如何对实体模型做转子动力学分析(这里是模态分析)

(2)考虑科里奥利效果与否对于转子固有频率的影响

(3)如何对圆筒进行高质量的网格划分

【问题分析】

1.计算圆筒的外径和内径(半径)

外径 = 0.09525 + 0.0381/2 = 0.1143

内径 = 0.09525 - 0.0381/2 = 0.0762

2. 为了得到质量较好的网格,在几何建模时做特殊处理。连续四次创建1/4厚壁圆筒,然后合并结合面的关键点建立关联,再使用扫掠方式划分网格。

3. 为了的对比两种效果。需要先后进行两次分析,第一次考虑科里奥利效应,第二次不考虑科里奥利效应。

4. 直接在通用后处理中查看模态频率。

【求解过程】

一 建模

1. 定义单元类型

使用实体单元建模

2. 定义材料模型

3. 创建几何模型

为了能够得到规整的网格,这里每次创建四分之一厚壁圆筒,然后合并其结合面上的几何元素。

首先创建第一个四分之一圆柱(0-90度)

得到

创建第2个四分之一圆柱(90-180度)

创建第3个四分之一圆柱(180-270度)

创建第4个四分之一圆柱(270-360度)

然后合并结合面的关键点,使得这四个部分连接在一起。

4. 划分网格

指定在厚度方向划分3个单元,使用扫掠方式划分网格,ANYS会自动对四个1/4圆柱体用扫掠方式划分网格,结果如下

二 分析

1. 设置模态分析

并设置求解选项

其含义是:使用QR Ramped方法提取20阶模态,并进行模态展开。

2. 考虑科里奥利效果

其含义是,考虑科里奥利效果,并使用转动坐标系进行计算,不考虑阻尼。

3. 施加转动角速度

即围绕Z轴转动的角速度是314.16弧度每秒。

4. 求解

三 后处理

查看结果总结

这是考虑了科里奥利效应后的该厚壁圆筒的前20阶频率。左边是有阻尼频率,右边是无阻尼频率。

【讨论】

为了比较不考虑科里奥利效应的厚壁圆筒的模态。清除上述模型,新建另外一个分析,按照与上面第一步完全相同的方式建模(略),然后进入到第二步

(1)设置新分析,并设置求解选项如上。

(2)设置不考虑科里奥利效应。

(3)进行计算

(4)查看结果

忽略两种情况下的频率为零的情况,比较无阻尼频率值。

不考虑 考虑

可见,考虑科里奥利效果后,对应的频率有差距,但不是太大。

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