转子动力学新视角：转速相关刚度和阻尼模拟

1 问题描述

如下图所示钢制圆盘转子结构，材料的弹性模量为200GPa，密度为7800kg/m³，泊松系数为0.3，长度分别为L1=0.2m，L2=0.3m，L3=0.5m，L4=0.3m，轴径d=0.05m，圆盘半径分别为R1=0.12m，R2=0.2m，R3=0.2m，厚度分别为t1=0.05m，t2=0.05m，t3=0.06m。轴的两端为轴承支撑，轴承的动力特性随着转速变化见下表。求该转子结构涡动频率、振型、临界转速。

假定轴承刚度为转速（rad/s）的非线性函数，但阻尼不随着转速而改变（变阻尼的方法与变刚度一样）。

2 结果对比

采用BEAM188单元模拟转子结构，COMBI214模拟轴承。分别用ANSYS APDL和ANSYS Workbench模拟该例子作对比，可以看出APDL和Workbench的结果是一致的。

APDL结果

Workbench结果

3 APDL模拟过程

当轴承的动力特性随转速变化时，必须采用COMBI214单元来模拟轴承，COMBI214单元的实常数采用表数组定义，注意定义表数组的变量名项（VAR1）需为“OMEGS”，以表明数组随着转速而改变。具体命令流如下：

*dim,k11,table,7,1,1,omegs

k11(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s

k11(1,1)=1.6e6,2.0e6,4.8e6,8.8e6,1.3e7,1.8e7,2.3e7 !N/m

*dim,k22,table,7,1,1,omegs

k22(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s

k22(1,1)=2e6,3e6,6e6,1.1e7,1.7e7,2.3e7,3e7 !N/m

*dim,k12,table,7,1,1,omegs

k12(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s

k12(1,1)=-2e4,-2.4e4,-6.8e4,-1.2e5,-1.9e5,-2.6e5,-3.6e5 !N/m

*dim,k21,table,7,1,1,omegs

k21(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s

k21(1,1)=0.6e4,4e4,1e5,1.7e5,2.5e5,3.4e5,4.3e5 !N/m

r,2,%k11%,%k22%,%k12%,%k21%,2e3,5e3

rmore,-4e3,3e3

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