开源转子动力学模块

  1. 介绍
  2. 功能
    1. FRF分析
    2. 模态分析
    3. 谐响应分析
    4. 时序分析
  3. CheatTable
  4. 参考文献

介绍

Baffalo RotDyn用于分析转子动力学问题。
转子动力学用于分析转子的动力学问题,相较于普通的运动学方程,它在动力学方程中考虑了旋转软化效应。


Baffalo中开源转子动力学模块,参考了开源工具箱AMrotor,基于Timoshenko单元,引入了图形学计算,可以更方便的获得叶片和转子的质量。同时加入了控制模块,可以添加PID控制和主动磁力轴承。

功能

FRF分析

频响分析反应了转子输入与输出的关系,其也是控制的重要参考依据。

模态分析

模态分析功能目前主要调用ANSYS求解器。

选择Local的分析方法,调用Matlab eigs()函数来求解,该方法目前还未调整完毕,因为矩阵通常会出现行与列数值为0值的情况,会导致结果出现极小值,后续会通过删除行列的方式来修复。

当转速设置为0时为静止状态下的模态分析,当考虑不同转速时可得计算系统Campbell图。
![](/./img/开源转子动力学模块.assets/Pasted image 20250713193907.png)

谐响应分析

谐响应分析主要依靠调用ANSYS

时序分析

时序分析调用Matlab的ode15s实现,传统的Newmark法并不能很好的考虑运动系统控制。而ode15s函数在求解DAE方程的同时也能考虑控制。
以下为无控制下和加入主动磁力轴承控制后的轴系响应。

CheatTable

主要函数如下:

函数名 功能
AddBearing 加入轴向或径向轴承
AddBendingBearing 加入弯曲轴承(双列角接触或圆锥滚子可考虑)
AddBlade 加入叶片(截面网格,转换为转动惯量和质量)
AddDisc 加入圆盘
AddHousingBearing 加入支座轴向或径向轴承
AddHousingBendingBearing 加入支座弯曲轴承
AddHousingTorBearing 加入扭转轴承(联轴器可考虑此刚度)
AddLUTBearing 加入刚度随转速变化轴承(比如滑动轴承)
AddPIDController 加入PID控制器
AddPointMass 加入质量块
AddTorBearng 加入扭转轴承
注:主动磁力轴承可通过PID控制和径向负刚度轴承组合实现

参考文献

[1] ANSYS结构动力分析与应用

[2] 转动机械的转子动力学设计

[3] https://github.com/AppliedMechanics/AMrotor

[4] AMrotor – A MATLAB Toolbox for the Simulation of Rotating Machinery, Johannes Maierhofer, M.Kreutz, T.Mulser, T. Thümmel, D. Rixen. DOI: 10.1201/9781003132639

[5] Comparison of different time integration schemes and application to a rotor system with magnetic bearings in Matlab, Michael Kreutz, J. Maierhofer, T. Thümmel, D. Rixen. DOI: 10.1201/9781003132639


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