转子动力学有限元建模中转子的建模问题

hustxyong · 发表于 2010-5-27 15:59

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在实际的旋转机械中，如转桨式水电机组中，
发电机转子包括转子支架、支臂、磁极磁轭等；
转桨式转轮体包括轮毂体、接力器、轮叶传动装置、轮叶等。
转子动力学中一般是将转子本体简化为一个或者多个刚性均质薄圆盘，
但是在实际的旋转轴系建模中，转子部分的轴段单元如何确定？
例如转轮，李苹建议用厚圆筒单元简化建模(1998-清华大学学报)
对于一个形状复杂的实际转轮，如何选取简化的圆筒单元参数，如内外径、密度等
问的可能不是很清楚，希望前辈专家们能够看懂我的意思，并指点我思路，万分感谢

hustxyong · 发表于 2010-5-27 21:11

可能是我描述问题并不准确，我在一本书"Vibration and Oscillation of Hydraulic Machinery"上看到这样一句话也许可以更好的描述我的问题"The mass distribution of the rotor ring in the electric machine and the way it is connected to the shaft is not an uncertain parameter, but it is not immediately clear how to simplify its analysis."
请问各位前辈专家们，在做模型简化的时候一些准则是什么，比如说，保持转动惯量的一致性？

vib · 发表于 2010-5-29 22:23

为啥转子动力学从一般动力学中抽离了出来？
旋转机械跟一般的机械相比有哪些特殊的研究方法？

hustxyong · 发表于 2010-6-1 09:52

Vib老师您好
我知道转子动力学的经典研究内容包括临界转速、振型模态、轴承动力特性分析、不平衡响应等。但是您提的这两个问题超出了我的知识范围了，能否详细开导于我？谢谢了

hustxyong · 发表于 2010-6-10 11:56

重新描述一下问题，希望高手能够感兴趣，为我提供宝贵的意见
图中的是一个转子中心体
请问：在有限元转子动力学分析中能不能用Timoshenko梁轴单元去简化分析这个结构，即用一个均匀轴段单元近似代替这个组合结构
如果可以，那么均匀轴段单元的参数怎么选取以尽量减小简化误差，有什么原则。如内外径（这是一个空心的结构），材料密度等，
如果不可以，那么这段结构如何分析呢？

health · 发表于 2010-6-11 10:51

转子系统在简化的过程中只要遵守质心不变和转动惯量不变的原则就可以，不管结构多么的复杂，比如有三维模型，就可以用软件读出该结构的转动惯量和质量，根据钟一谔和何衍宗编写的《转子动力学》的第四章的第一节的公式就可以简化成集总质量

ttwwooblueyes · 发表于 2010-6-12 06:22

我个人认为，对于系统做什么样的简化，要考虑到您的研究目的，比如说您想求解什么，这一点先要明确。如果您想求解整体的一些动特性的话，可以遵照转动惯量不变等特性进行简化；如果您对该部件特别关注，想要求解该部件上面的响应的话，那么就要另外考虑了。

hustxyong · 发表于 2010-6-13 10:43

谢谢ttwwooblueyes 的宝贵意见，我做的是整体动特性的分析，所以转子本体的建模肯定会做很大简化。考虑转子上的不平衡磁拉力时则需要详细分析定转子间的电磁特性

hustxyong · 发表于 2010-6-13 11:29

health 您好，感谢你的宝贵建议。按照你的建议，我查阅了钟一谔等1987年编写的《转子动力学》。在这个过程中，我发现我的提问还是没有准确的说出我想要问的问题。
其实我在处理转子有限元建模的时候将其分为了两个部分，一个是其所在轴段的建模，一个是可以简化成刚性轮的转子的建模。后者的建模可以按照质心不变和惯量不变集总到转子结点上，那么前者的建模如何讨论呢？转子-轴承系统有限元模型中考虑的是具有分布质量及弹性的轴段（钟一谔等《转子动力学》p176）。而我的建模对象，其轴系在转子部分是用转子轮毂体（转子中心体）与上、下轴段连接的，换句话说，你可以认为在转子部分是“无轴”的结构。我的问题就是如何把这个“无轴”的转子中心体结构用等效的具有分布质量及弹性的均匀轴段来分析呢？

hustxyong · 发表于 2010-6-13 11:31

有没有用转子有限元建模方法进行实际机组动力特性分析的专家，能分享一下经验吗？

health · 发表于 2010-6-23 15:00

回复“hustxyong”, 采用《转子动力学》第八章的有限元方法来形成转轴的有限元模型也是其中一张常用的建模方法，我们实验室经常用这种方法建立汽轮发电机组的动力学模型。对于转子部分是“无轴”的结构，可以直接把这个部分假设为转子来划分，但是划分成多少个单元，就需要经过多次尝试，寻找一个最佳的划分值。我觉得你的结构可能算是短粗型转子，应该在有限元方法中考虑采用铁木辛柯梁模型，用欧拉梁模型会产生较大的误差。这只是我个人的一点建议，不一定对。

selinastj · 发表于 2010-7-1 21:55

请问您是哪个实验室的，我们实验室也是做转子动力学的

yuefl · 发表于 2010-7-8 11:55

学习了，还有下文么

hustxyong · 发表于 2010-7-25 23:12

我选择采用的就是每节点4自由度的Timoshenko梁-轴单元，我看到有人用每节点6自由度的Timoshenko梁-轴单元，不过没有给出详细的公式，你们实验室有人用过吗？

别胡说了 · 发表于 2010-8-5 09:54

我做过多台实际机组转子的动力学特性分析，不知道楼主打算用什么软件进行那些方面的转子动力学研究，而且你的系统到底有多复杂，如果是你上传的图片中所示，那么可以把主体结构采用二维模型简化，其上的支板可以用质点来代替，但是质点的转动惯量和质量需要你自己计算，其实也不难，在三维制图软件中例如PROE就可以直接读取出转动惯量和质量。
另：其实在支板（或叶片）与主体结构的转动惯量之比小于0.1以下时，那么即使做的支板（或叶片）的质点模型不准确，那对转子的动力学特性的影响也是非常小的。也就是说只有在大型汽轮机或燃机类旋转机械的前几级轮毂中，才会出现其叶片对转子的动力学特性产生较为显著（一般也有限）影响的情况。
不知道说的有没有用~~~

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