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快速学会一项分析-空心圆柱的转子动力学-OS-T:1372

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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 Collector
1.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 Inputs
1.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 Step
1.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
ACTOptiStructHyperMeshHyperView振动旋转机械材料Altair
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-20
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快速学会一项分析-结构响应谱分析-OS-T:1375

结构响应谱分析是一种用于评估结构在动态荷载作用下响应的工程技术。它通过将结构的各个模态与给定的动态荷载联系起来,计算结构在这些荷载下的最大响应,如位移、速度或加速度等。这种分析方法对于理解和预测结构在极端或未知荷载下的行为至关重要,特别是在地震工程和高层建筑的设计中。本教学案例演示如何对结构执行响应谱分析。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-1375/building_ResponseSpectrumAnalysis.zip这种分析提供了对受动态激励的结构的峰值结构响应的估计值。该分析使用指定动态载荷的响应谱和正则模态分析的结果来计算此估计值。在图1所示的模型中使用的模型中,使用具有实心圆形截面(即ROD类型)的CBEAM单元对建筑结构进行建模。建筑结构的底部所有dof将背约束,结构将在全局Z方向上激励。图1.建筑结构HyperMesh模型一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件1.启动HyperMesh。此时将打开UserProfile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、打开模型1.单击File>Open>Model。2.选择保存到工作目录的building_ResponseSpectrumAnalysis.hm文件。3.单击Open。building_ResponseSpectrumAnalysis.hm数据库被加载到当前的HyperMesh会话中,替换任何现有数据。三、设置模型1233.1创建EIGRL的LoadStepInput定义EIGRL卡以计算模型的模态。1.在ModelBrowser中,右键单击并选择Create>LoadStepInputs。2.对于Name,输入eigrl_card。3.对于Configtype,选择RealEigenValueExtraction。4.对于Type,从下拉菜单中选择EIGRL。5.单击ND并输入值10。3.2CreateConstraints1.在ModelBrowser中,右键点击并从上下文菜单中选择Create>LoadCollector。默认LoadCollector显示在EntityEditor中。2.对于Name,输入constraints。3.单击Color并从调色板中选择一种颜色。4.对于CardImage,从下拉菜单中选择None。5.转到Analysis页面。6.单击constraints。7.在create子面板中,确认对象已设置为nodes,单击nodes并选择模型底部的4个节点,如图所示。图2.选择用于定义约束的节点8.检查所有dof(即dof1到dof6)的值为0,确认载荷类型已设置为SPC,然后单击create。约束的创建如下图所示。图3.为模型定义的约束9.单击return退出Constraints面板。3.3定义输入响应谱1.前往实用工具标签。如果未显示Utility菜单,请选择View>Browsers>HyperMesh>Utility。2.在Utility菜单的底部,单击FEA面板。3.在Tools下,单击TABLECreate。4.在Options下选择ImportTable并选择TABLED1在Tables下。5.单击Next。6.在Options下,选择CreateNewTable。7.对于Name,输入tabled1_card。8.单击Browse。9.对于文件类型:更改为CSV(*.csv),选择位于工作目录中的文件sourceFileTABELD1.csv(其中包含x和y值以定义输入响应谱,x轴为频率,y轴为加速度)。10.单击Open。如果ImportTABLED1GUI最小化,请在任务栏上单击它。11.在ImportTABLED1GUI中,单击Apply。将显示一条消息,指示已创建TABLED1卡片。12.单击OK可显示此消息。13.单击ImportTABLED1GUI上的Exit(如果您没有看到GUI,请检查任务栏并单击ImportTABLED1GUI)。14.要查看与上面创建的TABLED1卡相对应的绘图,请打开FEA面板上实用程序菜单上的TABLECreate。a).选择选项Create/EditTable。b).对于Tables,选择TABLED1。c).在Options下,选择EditExistingTable。d).在Select旁边,选择tabled1_card然后单击Plot。e).查看绘图后,单击Plot窗口中的Close,然后在Create/EditTABLED1GUI上Exit。图4.TABLED1牌的情节3.4定义DTI、SPECSEL卡片此卡片指定了与上一步中使用TABLED1卡定义的输入响应谱相关的谱类型和阻尼值。1.点击Model选项卡以调出ModelBrowser。2.在ModelBrowser中,右键点击并从上下文菜单中选择Create>LoadCollector。默认LoadCollector显示在EntityEditor中。3.对于Name,输入dti_card。4.对于CardImage,选择DTI。5.对于TYPE,选择A,因为输入响应谱是加速度与频率的关系图。6.单击Data字段旁边的Table图标。在弹出窗口中,为TID(1)选择tabled1_card,并为DAMP(1)输入0.02。阻尼值以临界阻尼的分数为单位。3.5定义RSPECLoadCollector此卡片提供响应谱分析的规格。1.在ModelBrowser中,右键点击并从上下文菜单中选择Create>LoadCollector。默认LoadCollector显示在EntityEditor中。2.对于Name,输入rspec_card。3.对于CardImage,选择RSPEC。4.对于定向组合方法DCOMB,选择ALG。5.对于模态组合方法MCOMB,选择SRSS。6.单击CLOSE并在输入框中输入值1.000。7.对于RSPEC_NUM_DTISPEC,输入1。8.单击Data旁边的。在弹出窗口中,为DTISPEC字段选择dti_card,并为SCALE输入值9800.0。9.由于结构的激励方向是全局Z方向,因此请分别为X(0)、0.0和1.0的X(0)和1.0的X(2)输入。10.单击Close退出窗口。3.6定义结构的模态阻尼1.在ModelBrowser中,右键单击并选择Create>Curve。此时将打开一个新的Curveeditor窗口。2.对于Name,输入tabdmp1_card。3.在窗口中为x(1)、y(1)、x(2)和y(2)分别输入值0.0、0.02、50.0和0.02。4.单击Close退出窗口。5.在ModelBrowser的Curves下,选择tabdmp1_card。6.对于CardImage,选择TABDMP1。7.对于TYPE,选择CRIT。3.7定义PARAM卡1.在分析页面上,单击controlcards面板,单击next两次,然后单击PARAM面板。2.向下滚动可用参数列表,选中COUPMASS旁边的框,然后对于值,选择YES,以便使用耦合质量矩阵方法进行特征值分析。3.向下滚动可用参数列表,选中EFFMASS旁边的框,然后对于值,选择YES,以便计算模态参与因子和有效质量并将其输出到.out文件。4.单击return退出面板。3.8定义输出请求默认情况下,将输出位移。1.要从Analysis页面输出应力,请进入controlcards面板。2.单击next到具有GLOBAL_OUTPUT_REQUEST面板的页面。3.点击GLOBAL_OUTPUT_REQUEST,向下滚动列表以STRESS并检查它。4.对于OPTION(1),选择ALL。5.单击return两次以退出控制卡面板。3.9定义响应谱分析LoadStep1.在ModelBrowser中,右键单击并从关联菜单中选择Create>LoadStep。2.对于Name,输入response_spec。3.单击Analysistype并选择Responsespectrum从下拉菜单中。4.对于SPC,请单击Unspecified>Loadcol。5.在SelectLoadcol对话框中,从LoadCollector列表中选择constraints,然后单击OK。6.对于RSPEC,请单击Unspecified>Loadcol。7.在SelectLoadcol对话框中,从LoadCollector列表中选择rspec_card,然后单击OK。8.对于METHOD(STRUCT),单击Unspecified>Loadstepinputs。9.在SelectLoadstepinputs对话框中,从loadstepinputs.列表中选择eigrl_card,然后单击OK。10.对于SDAMPING(STRUCT),单击Unspecified>Curves。11.在SelectCurves对话框中,从曲线列表中选择tabdmp1_card然后单击OK。12.单击return退出Loadsteps面板。13.在Analysis页面中,输入OptiStruct面板。14.单击inputfile:字段后面的Saveas。此时将打开Savefilebrowser窗口。15.选择要写入文件的目录,然后在Filename:字段中输入文件的名称。Note:将文件保存在与AltairSimulation安装文件夹下的文件夹不同的文件夹中。16.单击Save。Note:文件的名称和位置显示在inputfile:字段中。17.设置导出选项:切换至all。18.设置运行选项:切换至Analysis。19.设置内存选项:切换至memorydefault。20.单击OptiStruct。这将启动OptiStruct作业。21.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。如果存在任何错误,.out文件是查找错误消息的好地方,这将有助于调试输入模型,这可以通过单击OptiStruct面板中的view.out按钮来完成。四、提交作业1.在Analysis页面中,单击OptiStruct面板。图5.访问OptiStruct面板2.单击saveas。3.在SaveAs对话框中,指定写入OptiStruct模型文件的位置,并在文件名中输入building_ResponseSpectrumAnalysis。对于OptiStruct求解器模型,建议使用.fem扩展名。4.单击Save。inputfile字段显示在SaveAs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runoptions切换设置为analysis。7.将memoryoptions切换设置为memorydefault。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building_ResponseSpectrumAnalysis.fem的目录中。如果存在任何错误,building_ResponseSpectrumAnalysis.out文件是查找错误消息的好地方,这些消息可以帮助调试输入模型。五、查看结果1.在OptiStruct面板中,单击HyperView。HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口,告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。2.在HyperViewResultsBrowser中,展开Results文件夹,然后在Displacement下选择Mag来展开Vector文件夹和云图位移结果。图6.位移云图3.要对应力进行云图设置,请展开Results下的Scalar文件夹,展开ElementStresses(1D)并绘制要查看的应力的Contour。下图是CBAR/CBEAMLong.StressSAMAX的云图。图7.应力云图来源:TodayCAEer

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