大型转子动力特性分析软件Samcef Rotor介绍
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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。
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。
机械转子动力学响应特性分析概述:机械转子是机械系统中的重要组成部分,其动力学响应特性对于系统的稳定性和性能具有重要影响。
本文将探讨机械转子动力学响应特性的分析方法和应用。
一、转子振动的基本原理机械转子的振动是由于旋转不平衡、轴向力、切向力和径向力等作用引起的。
转子振动的基本原理可用Newton第二定律来描述,即转子受到施加在其上的力的作用导致转子的加速度产生变化。
二、转子振动的数学建模为了分析转子振动的响应特性,可以采用数学建模的方法。
常见的数学建模方法包括有限元法、轴对称双通道法和离散转子法等。
在建模过程中需要考虑转子的几何结构、材料特性以及承载环境等因素。
三、转子动力学方程的求解方法转子动力学方程一般为非线性微分方程,可以通过数值解法来求解。
常见的数值解法包括有限差分法、有限元法和集总参数法等。
这些方法能够考虑到转子的非线性特性和边界条件的影响,从而得到准确的振动响应。
四、转子的稳定性分析转子的稳定性是指转子在运行过程中是否会出现不可控的振动现象。
稳定性分析可以通过计算转子动力学方程的特征值得到。
当特征值出现实部大于零的情况,即存在不稳定的振动模态。
五、转子的谐响应分析转子动力学响应的谐响应分析可以通过幅频特性曲线和相位特性曲线来表示。
这些曲线可以反映不同频率下转子的响应振幅和相位差。
通过使用谐响应分析方法,可以评估和优化转子的系统结构和参数设置。
六、转子响应特性的应用对机械转子动力学响应特性的分析和研究可以为机械系统的设计、运行和维护提供指导和参考。
通过分析转子的振动特性,可以预测和避免转子系统的故障和失效,从而提高系统的可靠性和性能。
七、转子动力学响应特性分析的挑战机械转子动力学响应特性的分析面临着一些挑战。
一方面,转子系统通常具有复杂的结构和非线性的特性,需要采用精确的数学模型和计算方法来描述。
另一方面,振动信号的测量和分析也需要高精度的仪器和技术来实现。
结论:机械转子动力学响应特性的分析是机械系统设计和优化的重要环节。
大型活塞式压缩机是石油化工行业十分常见的一种核心设备,该类压缩机的基础形式通常选用简单、规则,且质量分布均匀的大块式结构。
对大块式压缩机基组进行动力计算具有十分重要的意义,一方面要控制基组振动对机器本身影响,过大变形会产生螺栓拉裂、焊缝开裂、轴承损坏、管道撕坏等危害,甚至基础振碎等较为严重的工程事故[1];另一方面要尽量减少或消除基组振动对环境的影响,避免对操作人员的身心健康产生有害影响。
关于活塞式压缩机基础的工程应用研究多数基于规范规定的单质点-弹簧-阻尼体系[2-3],采用有限元方法进行计算分析的例子并不多。
本文分别采用midas Gen和STAAD.Pro两款有限元分析软件,对某大型活塞式压缩机基础进行动力分析对比,为设计人员选用合适的分析软件进行计算提供参考。
1 工程概述本文所计算的活塞式压缩机结构形式为六列立式,转速375 r/min,压缩机轴功率为1754 kW。
压缩机及其附属设备平面布置见图1,厂家给出的压缩机扰力数据见图2。
该压缩机基础采用大块式结构,桩基础。
根据厂家及上游专业的要求,基础底板应包含图1压缩机及其附属设备和部分主要管线,最终确定基础底板的几何尺寸为17.3m×14.6m,埋深-2.0m,高出地坪0.2m。
本工程按现行国家标准《地基动力特性测试规范》(GB-T50269—2015)[4]的相关规定进行了2桩承台(规格4500X2250X1600mm)的桩基动力特性测试。
动测数据依据该规范的规定进行相关换算,地基动力测试数据及换算结果如表1所示:图1 压缩机及其附属设备平面布置图扰力/kNFy 一阶0sin(ωt+0.000)二阶不存在Fz一阶23.999sin(ωt+2.618)二阶7.057sin(2ωt+5.373)扰力矩/kNmMy一阶43.586sin(ωt+0.634)二阶203.149sin(2ωt+5.288)Mz一阶11.008sin(ωt+2.094)二阶不存在图2 压缩机扰力数据大型活塞式压缩机基础动力特性软件分析比较杨卉中国石化工程建设有限公司 北京 100101摘要:分别采用midas Gen和STAAD.Pro软件对某大型活塞式压缩机基础进行动力分析计算,以获得其在机器扰力作用下的振动响应,来判断基组的安全性和可靠性。
基于XLROTOR的转子动力学分析Mohsen Nakhaeinejad, Suri GaneriwalaSpectraQuest Inc., 8201 Hermitage Road, Richmond, V A 23228Tel: (804)261-3300 2008.11摘要:SpectraQuest公司的机械故障仿真器(MFS)Magnum具有转子动力学分析功能,通过XLRotor研究机械的临界转速和不平衡响应。
包含电机、轴、圆盘、联轴器和滚动轴承在内XLRotor对其进行转子动力学分析,的MFS Magnum机器先建模思帝三三冯绍峰爽肤水地方,再使用转子动力学软件并计算与电机滚动轴承相连轴的刚度和阻尼。
不同的轴和圆盘结构预置到模型中,求解出整个旋转系统的阻尼临界转速,得出模态,并且研究了不平衡响应,得到和展示轴承位移和轴承上的动力载荷。
本研究清楚地展示出XLRotor软件进行转子动力学分析的能力。
关键字:转子动力学分析,临界转速,旋转机器,不平衡响应,XLRotor,MFS Magnum1 引言旋转机器产生的振动特征依赖于其结构和机构。
机器故障能够增强和激励振动。
机器的振动行为是由固有频率和不平衡造成的,所以在旋转机器的设计和研究中,应该重点考虑。
所有物体至少有一个固有频率取决于物体的结构。
当旋转速度等于固有频率时,旋转机器就产生了临界转速。
遇到固有频率的最低速度被称作第一临界转速。
随着速度的增加,会观察出其他的临界转速。
将旋转不平衡和不必要的外力降低到最低,对于减小激励共振的合力非常重要。
因为共振产生巨大的破坏能量,在设计旋转机器时首先要考虑怎样避免等于或接近临界转速,怎样在加速和减速时安全地通过临界转速。
这里提到的“安全”是指不仅要避免灾难性的破坏和人身事故,而且要防止设备过度磨损。
因为很难得到机器运行时的真实动力学理论模型,所以采用各种相似机构的简化模型,以及分析或数值的方法求解模型方程。
ansys apdl转子动力学计算例子ANSYS APDL是一种广泛使用的工程仿真软件,它可以帮助工程师对复杂的机械系统进行建模、分析和优化。
在机械系统中,转子动力学是一个非常重要的部分,因为它对于电力机械和涡轮机械等许多领域的工程应用和设计都有着至关重要的影响。
在本文中,我们将讨论如何使用ANSYS APDL进行转子动力学计算的一些例子。
1. 建立转子动力学模型在进行转子动力学计算之前,我们需要首先建立一个完整的动力学模型。
这个模型应该包括转子、轴承、密封、电机等关键部分。
在ANSYS APDL中,我们可以使用Multiphysics工具进行建模和分析。
Multiphysics工具可以帮助我们将不同的物理场耦合在一起,例如结构、热、电、磁等,并进行模拟计算。
在建模过程中,我们需要考虑到不同的转子部件特性,例如质量、惯性、刚度、阻尼等。
同时,我们还需要考虑到轴承和密封的特性,因为它们对于转子运转的稳定性和寿命有着非常大的影响。
2. 确定运动方程在建立完整的动力学模型之后,我们需要确定运动方程。
这些方程可以描述转子在运转过程中的加速度、速度和位移等变化情况。
在ANSYS APDL中,我们可以使用Modal或Transient 分析进行转子动力学计算。
Modal分析可以帮助我们确定转子在自然频率下的振动特性。
而Transient分析则可以帮助我们模拟转子在运转过程中的动态响应。
3. 执行转子动力学计算当我们确定了转子动力学模型和运动方程之后,我们就可以执行转子动力学计算了。
在ANSYS APDL中,我们可以使用ansys.mechanical.rotorst模块进行转子动力学计算。
ansys.mechanical.rotorst模块可以模拟转子在运转过程中的动态响应,并计算转子的振动、应力和变形等参数。
在执行转子动力学计算之前,我们需要输入各种参数和条件。
例如,我们需要设置转子的转速、工作条件、轴承特性、密封特性等。
ANSYS转子动力学分析——安世亚太ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件,可以用来进行各种结构和流体力学分析。
转子动力学分析是ANSYS在机械领域中的一项重要应用。
通过转子动力学分析,我们可以研究旋转机械的动力学特性,如固有频率和模态形态等。
首先,转子动力学分析需要建立一个适当的模型。
我们可以使用ANSYS中的几何建模工具来创建转子的几何形状,包括转子的轴线、轴承和叶片等。
同时,我们还需要输入材料的物理参数,如密度、弹性模量和泊松比等。
这些参数将直接影响到转子的动力学响应。
在模型建立完成后,我们需要设置求解器的参数。
转子动力学分析通常使用频域分析方法进行求解,因此我们需要设置频率范围和步长等参数。
此外,我们还需要选择适当的边界条件和约束条件,以模拟转子的实际运行情况。
接下来,我们可以开始进行转子动力学分析。
首先,我们可以使用预处理工具对转子模型进行网格划分,以获得较为精确的数值解。
然后,我们可以使用求解器来求解转子在不同频率下的响应。
ANSYS使用有限元方法进行求解,通过求解结构的特征方程和频域模态方程,可以得到转子的固有频率和振型等信息。
在分析结果完成后,我们可以进行后处理工作。
ANSYS提供了丰富的后处理工具,可以帮助我们对转子的响应进行可视化和分析。
我们可以绘制转子的振型图和频谱图,以直观地了解转子的动态响应。
此外,我们还可以计算转子的最大振幅、协调系数和谐波响应等指标,以评估转子的动力学性能。
综上所述,ANSYS转子动力学分析是一种可以帮助我们研究旋转机械的动力学特性的工程分析方法。
通过建立合理的模型、设置适当的参数、进行准确的求解和细致的后处理,我们可以获得转子的固有频率和响应特性等重要信息,为转子的设计和优化提供科学依据。
ANSYS的应用于转子动力学分析,极大地提高了工程师的工作效率和分析准确性,为机械领域的发展做出重要贡献。
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)。