SAMCEF專業(yè)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件

2013-06-04 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

SAMCEF For Rotor是一套致力于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)動力學(xué)的解決方案,它基于有限元方法,對含有轉(zhuǎn)子、定子和動靜連接裝置的力學(xué)結(jié)構(gòu),能計算其臨界轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定性、諧振和瞬時響應(yīng)。
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關(guān)鍵字:CAE SAMTECH 轉(zhuǎn)子動力學(xué)
SAMCEF For Rotor:基于有限元方法,致力于旋轉(zhuǎn)機械分析的專業(yè)解決方案。它基于有限元方法,對含有轉(zhuǎn)子、定子和動靜連接裝置的力學(xué)結(jié)構(gòu),能計算其臨界轉(zhuǎn)速、穩(wěn)定性、諧振和瞬時響應(yīng)。

1 CAE環(huán)境
SAMCEF For Rotor由 SAMCEF Field驅(qū)動,擁有有好圖形界面接口,用于包含轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)建模、分析和后處理。上下文驅(qū)動的下拉菜單和包含眾多預(yù)定義功能鍵的工具箱方便了數(shù)據(jù)輸入,可定義時域頻域特性、旋轉(zhuǎn)速度和各種邊界條件。CAD建模器集成了建模和數(shù)據(jù)處理,因此數(shù)據(jù)可直接賦予幾何元素,通過一些內(nèi)置程序可方便實現(xiàn)定子和轉(zhuǎn)子的耦合,后處理的圖形結(jié)果可通過很多形式實現(xiàn),如 X-Y坐標(biāo)圖、云圖和動畫。
2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建模
SAMCEF For Rotor可處理不同轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)軸方向任意的轉(zhuǎn)子,定子部分完全利用SAMCEF的標(biāo)準(zhǔn)有限元單元庫。轉(zhuǎn)子和定子均可使用超單元技術(shù)。
2.1 轉(zhuǎn)子
有幾種有限元模型可描述轉(zhuǎn)子,其單元都具有以下能力:
計入陀螺力矩的影響,轉(zhuǎn)速是時間或喘振頻率的函數(shù),旋轉(zhuǎn)方向任意,模型可由多個具有不同轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子組成。
轉(zhuǎn)子單元可具備正比于質(zhì)量和剛度矩陣的粘性阻尼或正比于剛度矩陣的遲滯阻尼,當(dāng)單元旋轉(zhuǎn)時,粘性阻尼誘導(dǎo)的向心力正比于轉(zhuǎn)速,其動力學(xué)行為通過固定坐標(biāo)系表述?？墒┘映跏紤?yīng)力?？墒┘佑谡w加速度相關(guān)的力(重力,操縱力)。材料特性可定義成溫度的函數(shù)。
(1)梁質(zhì)量彈簧模型
梁單元用于帶剛性盤的軸;彈簧單元在兩個節(jié)點之間引入局部剛度矩陣,因此可用于軸類的耦合,其截面可沿軸線方向變化。
(2)軸對稱模型
柔性轉(zhuǎn)子由二維軸對稱殼單元或位移場由Fourier級數(shù)表示的體單元組成,這時不再區(qū)分軸和盤,一種特殊的單元用于連接二維軸對稱模型和三維模型,當(dāng)分析復(fù)合轉(zhuǎn)子時,這類單元可能是一層也可能是多層。
(3)三維模型
轉(zhuǎn)子也可使用三維殼單元或體單元,此時的轉(zhuǎn)子可有復(fù)雜的形狀,三維模型可同時包含梁單元。

2.2 定子
由單元類型齊全的單元庫組成的單層或多層單元(梁、膜、殼、體)可建立所有類型的定子模型,這些單元計入粘性阻尼和遲滯阻尼的影響。

2.3 連接裝置
各種特性的線性軸承、動壓軸承、壓膜阻尼器、軸瓦、摩擦片、齒輪、控制單元(傳感器和激勵器)
2.4 應(yīng)用單元
特殊類單元如加強筋、阻尼器、非線性力元、線性約束元、位移指示元、間隙消耗和控制元,或用戶定義的能表達某種力學(xué)特征的單元。自由度之間可定義線性約束或剛體運動。
2.5 載荷
外力,如不平衡力這樣的同步載荷,或重力或平移旋轉(zhuǎn)操縱力這樣的異步載荷,重力,總體或局部施加加速度,徑向不平衡力或力矩,局部強迫位移或旋轉(zhuǎn)。

3 分析
3.1 線性靜力學(xué)分析(SAMCEF Asef)
在一般熱 -力載荷條件下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可進行線性靜力學(xué)分析,在 SAMCEF For Rotor中,基本的線性靜力學(xué)分析主要為后續(xù)的SAMCEF Dynam或SAMCEF For Rotor確定初始條件。
3.2 模態(tài)分析和創(chuàng)建超單元(SAMCEF Dynam)
對于尺寸較大的模型,定子和轉(zhuǎn)子可用超單元表示,超單元由模態(tài)綜合生成,可減少剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、陀螺力矩陣、阻尼力矩陣和向心力矩陣的規(guī)模。
3.3 計算臨界轉(zhuǎn)速(SAMCEF For Rotor)
有幾種方法可解決彎曲、拉壓扭轉(zhuǎn)或其相互耦合,掃描法可定義旋轉(zhuǎn)頻率的范圍,采用復(fù)特征值極端。直接法通過特征值法獲得臨界轉(zhuǎn)速,它被用于恒剛度無阻尼的陀螺系統(tǒng)。
3.4 頻響分析(SAMCEF For Rotor)
幾種方法可計算不平衡力或異步載荷的諧振響應(yīng)。模態(tài)法是將力和矩陣用模態(tài)坐標(biāo)表示;直接法通過諧波平衡法計入局部非線性(間隙、非線性加強筋、壓膜阻尼器、用戶單元、摩擦片)的影響。

3.5 瞬態(tài)響應(yīng)分析(SAMCEF For Rotor)
瞬態(tài)響應(yīng)分析可模擬轉(zhuǎn)子啟動(或停轉(zhuǎn))和葉片損失,它使用 Newmark積分法,諸如間隙、壓膜、動壓軸承和摩擦片之類的非線性行為可通過牛頓迭代求解,具有自動時間步功能,若需要,也可進行初始靜態(tài)計算。

3.6 敏度和統(tǒng)計學(xué)分析(SAMCEF For Rotor)
頻域分析(臨界速度和諧振響應(yīng)分析)時,可進行不同設(shè)計參數(shù)的靈敏度分析,特別地,軸承元的動力學(xué)特征(剛度、阻尼)可視為設(shè)計參數(shù),當(dāng)給定設(shè)計參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方差時,敏度分析可評價整個設(shè)計方案的標(biāo)準(zhǔn)方差。

4 后仿真處理
4.1 特征值:
阻尼系數(shù)和頻率是轉(zhuǎn)速的函數(shù),阻尼系數(shù)和頻率是設(shè)計變量的函數(shù),Campbell圖統(tǒng)計分析后的置信度范圍。

4.2 曲線:
激振力響應(yīng)分析后獲得位移、力、反力和應(yīng)力關(guān)于時間或頻率的函數(shù),瞬態(tài)響應(yīng)后的軌跡,諧振響應(yīng)統(tǒng)計學(xué)分析后的置信度范圍。
4.3 某時刻或某頻率的圖形:
設(shè)定某相位角,可組合復(fù)模態(tài)并將其疊加在初始結(jié)構(gòu)上,獲得位移、旋轉(zhuǎn)和能量情況。設(shè)定某頻率,頻率分析后可獲得復(fù)位移、旋轉(zhuǎn)、力、動量和應(yīng)力情況。設(shè)定某時刻,時域分析后可獲得實位移、旋轉(zhuǎn)、力、動量和應(yīng)力情況,時域頻域分析后可獲得動畫結(jié)果。

關(guān)于SAMTECH
SAMTECH 公司(www.samcef.com)是世界上著名的有限元軟件SAMCEF 的開發(fā)商和供應(yīng)服務(wù)商,是歐洲CAE 領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。SAMCEF 公司的前身是比利時列日大學(xué)(Universityof Liege)的宇航實驗室,該實驗室自從1965 年就從事開發(fā)商業(yè)化的有限元分析軟件SAMCEF。SAMCEF 軟件的開發(fā)者與1986 年脫離列日大學(xué)而創(chuàng)建了SAMTECH 公司。目前SAMTECH 公司在比利時、法國、德國和意大利設(shè)有9 個分支結(jié)構(gòu),在英國、俄羅斯、加拿大、印度、日本、中國和韓國等十多個多家有代理商的銷售和技術(shù)服務(wù)。2004年SAMTECH 公司在全球有190 位員工(80%是軟件開發(fā)和技術(shù)支持工程師)。SAMTECH與航空和航天工業(yè)(SNECMA, EADS, AIRBUS, …),以及防衛(wèi)、汽車、能源和造船等工業(yè)都有密切的合作。SAMTECH 是獲得ISO 9001:2000 認證的軟件公司。
SAMTECH 的核心產(chǎn)品是專注于機械系統(tǒng)虛擬仿真、結(jié)構(gòu)有限元分析和多學(xué)科優(yōu)化的軟件工作(Samcef, BOSS Quattro, EUROPLEXUS, TEA)。這些核心軟件產(chǎn)品適合于從設(shè)計研發(fā)階段到高級驗證性分析的各個工業(yè)領(lǐng)域的需求。

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