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

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。

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