转子动力学系列（六）：不同轴承单元对比（COMBIN14和COMBI214）
本文摘要（由AI生成）：
这一系列文章详细探讨了转子动力学的多个方面，包括临界转速、不平衡响应分析、建模单元对比、轴承单元对比、随转速变刚度和变阻尼的模拟、考虑预应力的转子动力学分析、复杂转子分析、轴对称实体单元的应用以及多轴转子临界转速分析和启动过程瞬态转子动力学分析等。这一系列文章旨在全面解析转子动力学的关键技术和方法，为读者提供深入的理论和实践指导。
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，垂直面上两个方向的支撑刚度分别为8E6N/m和3E6N/m，暂不考虑阻尼的影响。求该转子结构涡动频率、振型、临界转速。
2 弹簧单元（COMBIN14）
COMBIN14单元可以模拟线性弹簧支撑，可考虑刚度和阻尼，但不能考虑变刚度和变阻尼的情况，并且不能考虑两个支撑方向的交叉影响。本例子采用SOLID186实体建模，在Y和Z两个方向的支撑位置添加弹簧约束，如下图所示：
计算得到各阶坎贝尔图及临界转速如下：
3 轴承单元（COMBI214）
高版本中的COMBI214单元可以代替COMBI14单元，在支撑面仅需一个COMBI214单元就可提供两个方向的支撑刚度，较COMBIN14单元方便，而且可以考虑更多的轴承特性，如两个支撑方向的交叉项、随转速的变刚度和变阻尼特性等。本例子采用SOLID186实体建模，在支撑位置添加轴承约束，如下图所示：
计算得到各阶坎贝尔图及临界转速如下：
4结果对比
从上面可以看出COMBIN14和COMBI214的结果完全一致，读者可以根据不同的需要采用不同的单元来模拟轴承。对于该例子，可以将轴承刚度从10E10N/m降至10E3N/m以考察支撑刚度的影响，结果表明当水平和竖向支撑刚度为10E10N/m时，与刚性支撑结果几乎相等，而刚度在10E7N/m以下时，结果有显著变化。弹性支撑刚度相同时，阻尼对临界转速也有影响，当阻尼系数在10E-3以下时，基本接近无阻尼的结果，而大于10E-3时结果会发生显著改变，甚至影响到模态结果。
转子动力学系列（二）：基于ANSYS APDL的不平衡响应分析
转子动力学系列（四）：基于ANSYS Workbench的不平衡响应分析
转子动力学系列（五）：不同建模单元对比（BEAM188与SOLID186）
转子动力学系列（六）：不同轴承单元对比（COMBIN14和COMBI214）
转子动力学系列（十）：轴对称实体单元Solid272/Solid273的应用
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