大型转子动力特性分析软件Samcef Rotor介绍
某转子系统的临界转速分析
某转子系统的临界转速分析众所周知，风扇部件是航空发动机的关键部件之一，同时也是发动机的设计难点之一。
为考核验证某型发动机的风扇特性，设计并研究了风扇试验器，而风扇试验器的转子动力特性问题是设计过程中不可避免的重要问题。
转子动力特性通常包含以下几个问题：临界转速、动力响应、动平衡以及转子的稳定性。
本文主要阐述了风扇试验器临界转速的初步分析。
转子临界转速的估算主要是避免其落入发动机的正常工作转速范围，转子工作转速应具有足够共振裕度，此裕度至少是20%【1】；是防止试验过程中振动过大，造成产品浪费、设备损坏的必要手段。
在转子动力学研究发展过程中，出现过许多计算方法，这与当时的计算命题和计算方法相适应。
现代的计算方法主要有两大类：传递矩阵法和有限元法。
传递矩阵法由于矩阵的阶数不随系统的自由度数增大而增加，因而编程简单，占内存少，运算速度块，得到广泛应用[2,3,4]；随着计算机硬件水平的迅猛发展，配套的有限元软件界面友好程度的不断提高以及解决转子及其周围结构组成的复杂系统所表现的优越性，使得有限元方法逐渐称为主流趋势[5,6]。
本文利用Samcef Field前后处理软件，基于Samcef Rotor有限元法求解器，分别采用一维和二维模型对风扇试验器进行了临界转速分析。
1 风扇试验器转子风扇试验器由电机驱动，电机转子通过法兰和风扇转子刚性连接。
试验器转子系统包括：风扇轮、平衡盘和两个轴承，其中转轴分为三段，第一段为风扇轴，通过花键将扭矩传递至风扇轮盘，第二段为平衡盘及轴，第三段为电机传扭轴，前两段轴通过法兰刚性连接，后两段轴通过花键传扭，通过锁片和螺帽轴向拉紧。
转子系统上有两个支点，采用0-1-1的支承方式，见图1。
图 1 风扇转子试验器2 一维分析2.1 一维计算模型依据转轴截面尺寸的不同以及集中质量位置、支点位置将转轴划分为多段阶梯轴，各段的几何参数见表一，集中质量及转动惯量见表二。
对于风扇轮前端的整流结构，由于其质量较小，一维分析时忽略其对转子临界转速的影响。
球轴承涡轮增压器转子动力学性能分析与预测
摘 要
涡轮增压器使用球轴承取代浮动轴承，可以具有机械效率高、加速响应快、稳定 性好等优势， 已经成为增压器发展的重要趋势。 本文以球轴承涡轮增压器为研究对象， 进行转子动力学特性的研究。轴承—转子系统工作转速偏离临界转速一定裕度是增压 器正常工作的前提，不平衡响应计算可以为转子选择合适的平衡面以及预测在指定工 况下的振动，转子失稳限制了其高速运转的能力，因此临界转速、不平衡响应和稳定 性是涡轮增压器转子动力学分析十分重要的内容。本文针对对这几方面进行分析,主 要做了如下工作： （1）在研究转子动力学特性的基础上,以 HP60Q 球轴承涡轮增压器为研究对象， 分别应用 DyRoBeS 和 Samcef Rotor 建立了其二维梁模型和三维实体模型。 （2）基于有限元法，分别对 HP60Q 球轴承涡轮增压器的二维和三维模型进行临 界转速、不平衡响应和稳定性这几方面动力学特性的计算与分析。对比两种模型的计 算结果和试验结果，进行分析与总结，证明使用 Samcef Rotor 建立三维实体模型分析 球轴承涡轮增压器转子动力学特性的可行性与准确性。 （3）使用 Samcef Rotor 建立 HP55Q 球轴承涡轮增压器的三维实体模型，对该型 增压器的转子动力学特性进行预测与分析。 本文的研究结果为分析球轴承涡轮增压器轴承—转子系统动力学特性提供了一种 很好的方法，预测分析的模型所得到的结果数据也为今后对该型增压器进行研究提供 了依据。 关键词：涡轮增压器；球轴承；转子动力学II来自北京理工大学硕士学位论文
目录
第一章 绪论 ...................................................................................................... 1
转子动力学有限元法计算及编程
三、有关软件
• NX Nastran转子动力学案例
轴：2023mm 外径：100 mm 内径：88 mm 毂：96 kg 自转角速度： 0-24000 RPM 弹簧与阻尼支撑
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转子模型示意图
三、有关软件
• NX Nastran转子动力学案例
一维梁单元仿真模型
三、有关软件
• NX Nastran转子动力学案例
谢谢大家！
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新型组合支承的Jeffcott转子的动力特性分析
［ 收稿 日期 ］２ ０ １ ７— ０ ５— ０ ４ ［ 修回 日期 ］２ ０ １ ７一 Ｏ ６—１ ７ ［ 基金项 目］ 国家 自然科学基金项 目 （ ５ １ ４ ０ ５ ４ １ ０ ） ；福建省 自然科学基金项 目 （ ２ ０ １ ５ Ｊ ０ １ ２ ２ ８ ） ；厦 门理工学 院对外 科技合 作专项 （ Ｅ ２ ０ １ ３ ０ ０ ７ ０ ０ ） ；厦门理工学院高层次人才项 目 （ Ｙ Ｋ Ｊ １ ３ ０ １ ９ Ｒ） ［ 作者简介 ］李胜波 （ １ ９ ７ ９一） ，男 ，副教 授 ，博 士 ，研究 方 向为 金 属橡 胶 阻尼 减振 、流体 动力 润滑 ，Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：
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图 １ Ｊ ｅ ｆ ｃ ｏ ｔ ｔ 转 子 系统 结 构 示 意 图
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转子 多为 动力 机械 和 工作 机械 的 主要 旋 转 部 件 ，随着 转 子 在航 空 、机 械 、能 源 等 领 域 的 广 泛应
用 ，转子运行过程 中转速朝着高速度 、高效率 方向发展… 。当转 子的转速增加到转 子系统本身具有
的 固有 频率 时 ，转 子产 生共 振现 象 。油膜 轴 承支 承 的转子 系统 ，由于油 膜本 身 的特性使 转子 系统 产生 “自激 振动 现象 ”，使转 子 系统 丧 失动 力 稳 定 性 ｊ ，转 子 产 生 剧 烈 的振 动造 成 设 备 的 损坏 。 目前 很 多 学者 都对 环形 金 属橡 胶 阻尼减 振器 在转 子 系统 中 的应 用进 行 了相关 的研 究 ，并取 得 了较好 的阻 尼减
SAMCEF软件在涡轮机结构分析方面的应用
SAMCEF软件在涡轮机结构分析方面的应用作者：北京东方极峰科徐志程周传月1. 引言涡轮机关键部件，例如叶片、轮盘、机匣等旋转部件或者高温部件的应力计算历来是涡轮机设计中最为关心的问题，尤其是叶片轮盘的接触应力计算分析和振动特性分析。
仿真技术作为数字化的先进产品研发技术，具有成本低、速度快、流程可控性高、知识库积累方便等特点。
Samtech 公司是欧洲最大的CAE公司之一，拥有世界功能强大的有限元分析SAMCEF。
在叶片轮盘接触分析方面，其它有限元软件均以非线性模式计算分析，这样计算时间较长，而且接触收敛性很难保证。
SAMCEF 软件在这方面独具特色，其线性静力分析模量ASEF 就可以考虑接触问题，计算时间大大缩短。
2. 燃气轮机叶片轮盘强度计算某燃气轮机两个带冠叶片安装在一个榫槽内，需要考虑叶片和轮盘在高速旋转情况下的应力，以评估叶片和轮盘结构的结构完整性。
如图 1 所示为叶片轮盘几何模型，取一个扇区轮盘和叶片作为分析对象。
两只叶片之间定义接触装配，叶片榫齿与轮盘榫齿之间定义接触装配。
图2 为叶片有限元网格，其中齿根接触部分采用六面体单元划分，其余部分采用10 节点四面体单元划分。
图 1 几何模型图 2 叶片有限元网格图3 和图4分别为叶片轮盘应力云图和叶片应力云图。
图 3 叶片轮盘应力云图图 4 叶片应力云图3. 燃气轮机承载部件强度计算燃气轮机承载部件几何图形如图5 所示，由三个实体组成，实体1 为塑性材料（本构关系如图6），实体2 和实体3 为弹性材料；实体1 和实体2、实体2 和实体3 互相接触，实体3 在表面6 个凸起部位施加固定位移约束（如图7），实体1 在表面6 个凸起部位施加压紧方向位移1.06mm，在实体1 的内环凸起处施加分离方向力6500N；网格在局部细化，总网格数为78429 个（如图8），结果如图9-12 所示，分别显示了整体和局部的塑性变形和应力。
图 5 几何模型图 6 塑性材料本构关系图7 边界条件图8 有限元模型图9 塑性变形图10 塑性变形（施加力部位）图11 应力云图图12 施加力部位应力云图4. 叶片动力响应分析8 只试验叶片，每只叶片肩部的间隙均为0.2mm。
大型专业转子动力学软件--MADYN.
• 瞬态响应分析
• • • 瞬态力响应分析 瞬态加速度响应分析 瞬态载荷联合响应分析
• 参数变量分析
• • • • 临界转速 Campbell图 刚度和阻尼的变化 弹性联轴器抗扭刚度的变 化
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
Motor Gear Compressor
Transient Response Analysis
施加载荷
Moment Direction 4
Load case: TrAnsientForce, 2 Phase Short Circuit Analysis: 08-Aug-2005 15:58:06 - rel.speed=1, init.cond. from TRA, time=0.5 s Result Type: Torsional moments Add. Modal Damping (all modes): 0.625 %
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2 System, Shaft 1: Station 23 <-> Station 24 (Motor Shaft End) left Gear 1, Wheel: Station 4 (Wheel Shaft End) <-> Station 5 left 1.5
1
Moment [p.u.]
Simulating inspires innovation
MADYN软件模块－基本模块
• 模态分析
Motor Gear Compressor 10%
Eigenvalue Analysis
Analysis: 29-Dec-2004 18:43:22 - 1 rel.speed(s), RFB loads from SAN Relative speed: Number of modes: Min frequency: Max frequency: 100% 27 0.227 Hz 290.096 Hz
大长径比悬臂柔性转子动力特性分析
大长径比悬臂柔性转子动力特性分析袁胜;邓旺群;徐友良;刘文魁;易毅【期刊名称】《航空科学技术》【年(卷),期】2017(028)011【摘要】针对某小型涡扇发动机低压转子的动力特性开展理论研究.用有限元方法建立了低压转子的分析模型,借助转子动力学分析软件SAMCEF/ROTOR,对转子的动力特性(临界转速、振型和稳态不平衡响应)进行了计算和分析,并揭示了转子的稳态不平衡响应随悬臂端长度的变化规律.研究表明,低压转子在额定工作转速范围内存在二阶临界转速,振型均为弯曲振型,是一个典型的高速柔性转子.研究工作将为低压转子的动力特性和高速动平衡试验提供指导,并为同类转子悬臂端长度的设计提供参考.【总页数】7页(P62-68)【作者】袁胜;邓旺群;徐友良;刘文魁;易毅【作者单位】中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲 412002;航空发动机振动技术航空科技重点实验室,湖南株洲 412002;中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲 412002;航空发动机振动技术航空科技重点实验室,湖南株洲 412002;中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲 412002;航空发动机振动技术航空科技重点实验室,湖南株洲 412002;中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲 412002;航空发动机振动技术航空科技重点实验室,湖南株洲 412002;中国航发湖南动力机械研究所,湖南株洲 412002;航空发动机振动技术航空科技重点实验室,湖南株洲 412002【正文语种】中文【中图分类】V231.96【相关文献】1.微型燃气轮机浮环轴承-悬臂转子系统动力学特性分析 [J], 沈那伟;陈照波;焦映厚;马文生2.带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子动力学研究 [J], 刘文魁;邓旺群;卢波;孙勇;唐虎标3.迷宫密封-滚动轴承-悬臂转子系统非线性动力学特性分析 [J], 罗跃纲;王鹏飞;王晨勇;徐昊4.悬臂柔性转子动力特性及高速动平衡试验 [J], 邓旺群;高德平5.考虑叶轮耦合作用的悬臂转子动力学特性分析 [J], 蒋立君;袁建宝;霍文浩;孙皓因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
使用COMSOL分析各类旋转机械
使用COMSOL分析各类旋转机械在模拟旋转机械时，可以通过研究振动对机器性能的影响来有效避免机器故障。
为了实现这一目标，一种方法是使用新的“转子动力学模块”，它是 COMSOL Multiphysics® 软件“结构力学模块”的扩展模块。
在本文中，我们将介绍“转子动力学模块”，带领你了解它的实用特征和功能，助你改进旋转机械设计流程。
转子动力学建模有哪些用途？首先，我们简要介绍一下转子动力学建模。
如之前发布的一篇文章所述，旋转机械具有广泛的应用，从航空航天技术到发电，遍及众多行业，转子动力学分析十分有助于加强旋转机械的功能，提高安全性。
举例来说，假设你要确保一台发电机（一种旋转机械）避免由设计欠佳导致的不稳定、破坏性共振和故障问题。
这时你可以执行转子动力学分析，研究影响发电机物理特性的振动现象，以及由发电机的旋转和结构引起的振动加剧。
发电机（左）及其三维模型（右）。
借助仿真软件，你能够提高转子动力学研究的准确性和简易性。
现在，加上“转子动力学模块”，这一过程会变得更加方便灵活。
“转子动力学模块”会帮助你设置正确的设计参数，分析共振、应力、应变以及横向和扭转振动效应对旋转机械的的影响，由此使响应保持在可接受的运行限制范围内。
此外，你能进一步了解固定和移动的转子组件如何影响产品设计，并计算临界速度、固有频率和振型。
在下一节中，我们将深入探讨一些具体的优点和功能。
为什么要使用“转子动力学模块”？“转子动力学模块”的突出优势之一是其出色的灵活性。
你可以轻松地自定义仿真分析，方便地研究旋转装配或整个结构的特定组成部分。
上述操作的第二项可通过“转子动力学模块”的实心转子接口来实现，在有限元建模中，此接口使用三维 CAD 几何表示转子和实体单元。
你可以通过研究旋转装配中的所有组件来生成最精确的结果。
在分析转子的应力和变形时，你不需要去模拟整个系统，这样会提高仿真的精度。
为了计算整个域中的应力分布和变形场分布，你必须将转子模拟为实心单元。
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大型转子动力特性分析软件Samcef/Rotor介绍
Samcef/Rotor的功能如下：
转子系统的建模，阻尼与无阻尼转子临界转速、转子稳定性、不平衡响应分析及瞬态响应分析、弯扭耦合
分析。
能考虑发动机转子与静子间的耦合与发动机转子支撑刚度的计算，模拟发动机各种支撑方式，如轴承、油膜等。
Samcef/Rotor 有下列优点：
1．SAMCEF/ROTOR 代码是基于有限元模型（有单元多种单元）
2．有几种方式来建立转子动力模型，如梁、轴对称、3-D单元，能模拟复杂的涡轮轴系。
3．可建立机匣或静子部件的有限元模型
4．能模拟多转子系统，这些转子可具有不同的转动方向、转速
5．有弯扭耦合功能。
可模拟齿轮运动
6．有挤压油膜阻尼单元
7．可计算非线性谐波响应
8．可模拟磁轴承或控制
9．可输入MSC/NASTRAN 中的超单元结果
10．可使用用户定义的单元
欧洲SamTech公司的分析软件是世界著名的有限元软件商之一，该软件广泛地应用于欧洲航空航天工业界。
软件具有很多特定的模块，如通用有限元模块、桥梁动力分析模块、复合材料模块、转子动力分析模块等，
我们考虑608所的特定需要，特地推荐Samcef软件包中的Samcef/Rotor模块（转子动力学分析）。