转子动力学是固体力学的一个重要分支，它主要研究旋转机械的“转子－支承”系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，其主要研究内容有几个方面：临界转速、动力响应、稳定性、动平衡技术和支承设计。在旋转机械研究设计中，转子动力学的性能分析是极其重要的一个方面。

传统的转子动力学分析采用传递矩阵方法进行，由于将大量的结构信息简化为极为简单的集中质量—梁模型，不能确保模型的完整性和分析的准确度；而有限元在处理转子动力学问题时，可以很好地兼顾模型的完整性和计算的效率，但多年来转子的“陀螺效应”一直是制约转子动力学 有限元分析的“瓶颈”问题。ANSYS 很好地解决了动力特性分析中“陀螺效应”影响的问题，而且陀螺效应的考虑不受计算模型上的限制，使得转子动力学有限元分析变得简单高效。

本文对ANSYS 的转子动力学计算功能进行简要介绍。

1 ANSYS 转子动力学的理论基础

ANSYS 转子动力学分析中，两种参考坐标系可供选择：静止坐标系和旋转坐标系。空间点P 在静止坐标系（其原点在O′）下的位置矢量为r′，在旋转坐标系（其原点在O）下的位置矢量为r。

在静止坐标系下转子的动力方程为：

在旋转坐标系下转子的动力方程为：

2 ANSYS 转子动力学的计算功能和新技术

ANSYS 转子动力学计算包含如下功能：

– 无阻尼临界转速分析
– 不平衡响应分析
– 阻尼特征值分析
– 涡动和稳定性预测

图1 ANSYS 转子动力学分析功能

为了分析时计入哥氏效应、陀螺效应和支承的影响，ANSYS 发展了下列新技术单元：

ANSYS 考虑陀螺效应时没有计算模型上的限制，故可选择一维（梁、管）、二维（轴对称）和三维复杂计算模型进行分析。同时，ANSYS 还提供了一系列功能以完善转子动力学的计算，包括：

· CMOMEGA 可以通过组（component CM_NAME）对多个转子指定不同的转速
· CORIOLIS 可以考虑哥氏效应在不同参考坐标系下的影响
· PL CAMP 可绘制坎贝尔图，为临界转速的确定提供了方便
· PRCAMP 可打印固有频率和临界转速
· CAMPB 可绘制预应力结构的坎贝尔图。
· PRORB 可打印出转子涡动幅值
· PLORB 可绘制转子不同截面的涡动轨迹