旋转机械的物理行为在很大程度上受振动的影响，而机械自身的旋转和形状会进一步加剧这些振动。即使是具有完美对称性的转子总成，在转速增加的过程中也会表现出模态分离的特性。这表明对于旋转轴，通常在垂直对称平面上研究模态的行为并不适用。此外，即使存在微小的缺陷和不平衡，当运行接近旋转系统的固有频率时，也可能引起显著的振动幅度。
通过使用“转子动力学模块”，用户能够分析转子、轴承、圆盘和基础中的共振、应力和应变，有助于将条件保持在可接受的工作限制范围内。本模块不仅可用于评估不同设计参数对固有频率，进而对临界转速、涡动和稳定性阈值产生的影响；还可用于研究稳态和瞬态不平衡响应。
本模块提供的功能还能够有效预测旋转行为如何导致转子本身的应力，以及如何将负载和振动传递到旋转机械组件的其他部分。
在 COMSOL Multiphysics® 软件中执行各种转子动力学仿真。
COMSOL Multiphysics® 仿真平台及其附加模块为特定的物理领域提供了一系列预定义的接口。“转子动力学模块”内置了专门的接口，用于精确模拟转子和轴承的行为。实心转子 接口用于分析转子的全三维几何模型，这些几何可以通过 CAD 软件创建，也可以通过 COMSOL Multiphysics® 内置的 CAD 功能来实现。梁转子 接口提供了一种计算成本较低的方法，可以将转子作为一维梁建模，而转子部件则可以在模型中作为点来实现。
实心转子 和梁转子 接口可用于计算位移、速度、加速度和应力。如需对包含润滑油膜的轴承进行详细建模，用户可以使用液体动压轴承 接口进行模拟。
在转子系统的建模中，常常会面临计算成本的挑战，因此，常见的做法是简化轴的表示。在许多情况下，通过使用专门的梁单元，可以足够准确地模拟转子的整体动力学。
在这类分析中，可以采用一种线性表示，其中使用由轴的横截面属性控制的有效几何描述。这种方法在处理由轴对称轴和理想刚性盘组成的转子系统时尤为实用。梁转子模型还可用于模拟在转子位移受限的情况下发生的转子摩擦。
通常情况下，为了防止转子在某些位置发生横向和/或轴向运动，需要通过轴承进行支撑。为了更精准地描述这一过程，“转子动力学模块”提供了一系列采用隐式轴承描述进行研究的抽象轴承，涵盖多种类型，例如：
在上述类别中，有多种变体可供选择。以径向滚子轴承 选项为例，其变体包括单列和双列，涵盖了不同的轴承样式，例如：
转子-轴承系统所依赖的结构部件有时称为基础，可以按照不同的复杂程度进行建模。基础的选择包括：
当基础比转子及其支撑系统明显更坚固时，可以选择使用固定基础 选项，其中假设轴承在空间中是刚性固定的。另一种选项是柔性基础，它通过一组柔性弹簧来模拟基础的柔性。对于需要明确考虑轴承基础运动的情况，可以选择运动基础 选项。
在“转子动力学模块”中，Craig-Bampton 方法可以将线性组件减化为计算高效的降阶模型。随后，用户可以将这些组件集成到仅包含简化组件的模型中，或将其与非降阶的弹性有限元（FE）模型（可包含非线性组件）相结合。这种技术称为部件模态综合法 或动态子结构方法，其主要优势在于显著减少计算时间和内存使用量。
“转子动力学模块”提供的可视化功能以清晰简洁的方式呈现仿真结果，并使数据可供将来使用和分析。其中还提供一系列特定于转子动力学应用的绘图类型，包括：
“转子动力学模块”提供了多种多物理场耦合功能，用于捕捉油膜涡动和振荡效应。为了模拟具有液体动压轴承的三维转子以及它们之间的相互作用，可以使用实心转子与液体动压轴承 多物理场接口，其中通过实心转子-轴承耦合 多物理场耦合将实心转子 与液体动压轴承 接口结合在一起，从而能够将实心转子 接口的速度和位移信息传递到液体动压轴承 接口。
为了模拟已定义为梁和液体动压轴承的转子以及它们之间的相互作用，模块中引入了梁转子与液体动压轴承 多物理场接口，其中通过梁转子-轴承耦合 多物理场耦合将梁转子 与液体动压轴承 接口相结合。
在某些应用中，不能忽略转子的不对称性、横截面偏差，或者圆盘、叶片和其他连接件的动力学因素。在这些情况下，可以使用转子的全三维表示对几何形状进行显式建模。
这种方法通过底层连续描述来自动捕捉旋转软化和应力刚化效应，从而能够最准确地描述转子在各种条件下的行为。
在对由液膜轴承支撑的转子进行更高级的仿真时，可以使用液体动压轴承 接口，研究液膜中的压力分布、速度场和功率损耗。当使用液体作为润滑剂时，可以使用雷诺方程进行简单的分析，也可以通过 Jakobsson-Floberg-Olsson（JFO）空化理论来解决空化问题。对于气体润滑轴承，可以使用修正雷诺方程。
本接口可用于模拟各种预定义类型的轴承和阻尼器，甚至可以灵活地模拟用户指定的类型。预定义的类型包括：
同时，接口中还允许指定入口、出口或轴承不对中，以便更准确地模拟实际的轴承情况。
在“转子动力学模块”中，默认采用线弹性材料 特征作为材料模型，其中添加了线弹性转子的位移方程，并能够定义材料的弹性和惯性属性，方程中还可以考虑由转子旋转引起的坐标系加速度力。除此之外，用户还可以加入许多其他效应，例如热膨胀、初始和外部应力和应变，以及阻尼等。
“转子动力学模块”提供各种研究类型，用于对转子总成进行静态和动态分析。其中包括通过稳态 研究，对转子在不同条件下的行为进行参数化研究，例如质量偏心率的变化。另一方面，特征频率 研究特别适用于通过在一定转速范围内进行重复的特征频率分析来确定稳定的工作范围和临界转速。
对于转子上的所有载荷都是时间谐波的情况，可以使用频域 研究来计算转子的响应。而在考虑不平衡的惯性效应及其相对于同向旋转坐标系的时间变化时，则可以使用时域 研究。
瞬态及 FFT 研究用于对转子角速度进行参数化扫描，其中包括时域仿真和随后的快速傅里叶变换（FFT）。尽管这种研究类型的计算成本较高，但在转子-轴承系统中的次同步和超同步振动显著的情况下具有优势。
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