转子动力学系列（三）：不同建模单元对比（BEAM188与SOLID186）

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。轴的两端为简支边界条件，求该转子结构涡动频率、振型、临界转速。

2 一维模型（BEAM188）

圆盘和轴采用单一的BEAM188单元模拟，采用7个载荷步求解，转速从0~6000r/min以1000r/min为载荷步增量，提取模态数为6，计算模型如下图所示。

划分网格添加简支约束

在X轴的方向添加转速

求解得到坎贝尔图及临界转速。

3三维模型（SOLID186）

圆盘和轴采用单一的SOLID186单元模拟，同样采用7个载荷步求解，转速从0~6000r/min以1000r/min为载荷步增量，提取模态数为6，计算模型如下图所示。

划分网格添加简支约束

在X轴的方向添加转速

求解得到坎贝尔图及临界转速。

4结果对比

刚性支撑时分别用BEAM188和SOLID186单元建模的临界转速结果如下

因考虑陀螺效应（回转效应）的单元算法不同、边界条件难以完全一致、坎贝尔图采用图解算法确定临界转速等原因，采用BEAM188和SOLID186单元建模得到的计算结果必然存在一定的误差，但是从振型上看，计算结果是基本一致的。

算例源文件见付费内容

转子动力学系列（十）：不平衡激励下的启动过程瞬态转子动力学分析

转子动力学系列（九）：基于ANSYS Workbench的多轴转子临界转速

转子动力学系列（八）：轴对称实体单元Solid272/Solid273的应用

转子动力学系列（七）：带支承结构的复杂转子分析

转子动力学系列（六）：考虑预应力的转子动力学分析

转子动力学系列（五）：随转速变刚度和变阻尼的模拟

转子动力学系列（四）：不同轴承单元对比（COMBIN14和COMBI214）

转子动力学系列（三）：不同建模单元对比（BEAM188与SOLID186）

转子动力学系列（二）：不平衡响应分析

转子动力学系列（一）：临界转速与坎贝尔图