高速旋转轮盘模态分析

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1、高速旋转轮盘模态分析在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。了解如何用ANSYS进行有预应力的结构的模态分析。一．问题描述对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的前10阶固有频率及其对应的模态振型。轮盘截面形状如图所示，该轮盘安装在某转轴上以12000转/分的速度高速旋转。相关参数为：弹性模量EX＝2

2、.1E5Mpa，泊松比PRXY＝0.3，密度DENS＝7.8E-9Tn/mm3。关键点坐标：1(-10,150,0)2(-10,140,0)3(-3,140,0)4(-4,55,0)5(-15,40,0)6(-15,10,0)RS=5二．分析具体步骤1.定义工作名、工作标题、过滤参数①定义工作名：Utilitymenu>File>yuanpan②工作标题：Utilitymenu>File>yuanpan2.选择单元类型本实验将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42和SOLID45，具体操作如下：Ma

3、inMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete①“StructuralSolid”→“Quad4node42”→Apply（添加PLANE42为1号单元）②“StructuralSolid”→“Quad8node45”→ok（添加六面体单元SOLID45为2号单元）3.设置材料属性由于要进行的是考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析，材料的弹性模量EX和密度DENS必须定义。①定义材料的弹性模量EXMainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Structur

4、al>Linear>Elastic>Isotropic弹性模量EX＝2.1E5泊松比PRXY＝0.3②定义材料的密度DENSMainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>densityDENS=7.8E-91.实体建模对于本实例的有限元模型，首先需要建立轮盘的截面几何模型，然后对其进行网格划分，最后通过截面的有限元网格扫描出整个轮盘的有限元模型。具体的操作过程如下。①创建关键点操作：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS②由关键点生成线

5、的操作：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>InActiveCoord③建立圆角：Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>LinesFillet④生成面：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines5.划分网络MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool①对全局进行设置。单击SizeControls(尺寸控制区)全局设置项(Global)的Set按钮，将弹

6、出GlobalElementSizes单元尺寸全局设置对话框在对话框中输入ElementedgeLength(单元边长度)为6。②单击SizeControls(尺寸控制区)Lines(线设置项)的按钮，将弹出ElementSizeonPickedLines(在所选线上定义单元尺寸)的拾取对话框。用鼠标左键在图形输出窗口中拾取圆角对应的线。单击ok按钮，将弹出ElementSizeonPickedLines(在所选线上定义单元尺寸)对话框，在对话框中输入No.ofelementdivisions(每条线将要分成的单元数)为1，设定圆角处对应的线只分一个单元。(由于是模态

7、分析，只要能反应出需要知道的前几阶模态就行，而不需要知道具体的应力值，所以不需要对此处进行单元细化。)③对分网进行控制。在分网控制区的Mesh下拉框中选定分网类型为Area(面)，Shape(网格形状)设置为Quad(四边形)，分网方式设置为Free(自由分网)。④对面进行分网。在MeshTool(分网工具)对话框中单击Mesh按钮，将弹出MeshAeras(对面划分网格)拾取对话框。从图形输出窗口中拾取创建的面，单击ok按钮。完成网格划分。6.出整个轮盘的有限元模型通过将面绕轴旋转成有限元实体模型的功能，将前面建立的轮盘截面有限元网格，围绕定义的旋