SAMCEF專業的轉子動力學分析軟件

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

SAMCEF For Rotor是一套致力于旋轉結構動力學的解決方案,它基于有限元方法,對含有轉子、定子和動靜連接裝置的力學結構,能計算其臨界轉速、穩定性、諧振和瞬時響應。
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關鍵字:CAE SAMTECH 轉子動力學
SAMCEF For Rotor:基于有限元方法,致力于旋轉機械分析的專業解決方案。它基于有限元方法,對含有轉子、定子和動靜連接裝置的力學結構,能計算其臨界轉速、穩定性、諧振和瞬時響應。

1 CAE環境
SAMCEF For Rotor由 SAMCEF Field驅動,擁有有好圖形界面接口,用于包含轉子的結構建模、分析和后處理。上下文驅動的下拉菜單和包含眾多預定義功能鍵的工具箱方便了數據輸入,可定義時域頻域特性、旋轉速度和各種邊界條件。CAD建模器集成了建模和數據處理,因此數據可直接賦予幾何元素,通過一些內置程序可方便實現定子和轉子的耦合,后處理的圖形結果可通過很多形式實現,如 X-Y坐標圖、云圖和動畫。
2 轉子系統建模
SAMCEF For Rotor可處理不同轉速,轉軸方向任意的轉子,定子部分完全利用SAMCEF的標準有限元單元庫。轉子和定子均可使用超單元技術。
2.1 轉子
有幾種有限元模型可描述轉子,其單元都具有以下能力:
計入陀螺力矩的影響,轉速是時間或喘振頻率的函數,旋轉方向任意,模型可由多個具有不同轉速的轉子組成。
轉子單元可具備正比于質量和剛度矩陣的粘性阻尼或正比于剛度矩陣的遲滯阻尼,當單元旋轉時,粘性阻尼誘導的向心力正比于轉速,其動力學行為通過固定坐標系表述。可施加初始應力。可施加于整體加速度相關的力(重力,操縱力)。材料特性可定義成溫度的函數。
(1)梁質量彈簧模型
梁單元用于帶剛性盤的軸;彈簧單元在兩個節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
柔性轉子由二維軸對稱殼單元或位移場由Fourier級數表示的體單元組成,這時不再區分軸和盤,一種特殊的單元用于連接二維軸對稱模型和三維模型,當分析復合轉子時,這類單元可能是一層也可能是多層。
(3)三維模型
轉子也可使用三維殼單元或體單元,此時的轉子可有復雜的形狀,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。

3 分析
3.1 線性靜力學分析(SAMCEF Asef)
在一般熱 -力載荷條件下,轉子系統可進行線性靜力學分析,在 SAMCEF For Rotor中,基本的線性靜力學分析主要為后續的SAMCEF Dynam或SAMCEF For Rotor確定初始條件。
3.2 模態分析和創建超單元(SAMCEF Dynam)
對于尺寸較大的模型,定子和轉子可用超單元表示,超單元由模態綜合生成,可減少剛度矩陣、質量矩陣、陀螺力矩陣、阻尼力矩陣和向心力矩陣的規模。
3.3 計算臨界轉速(SAMCEF For Rotor)
有幾種方法可解決彎曲、拉壓扭轉或其相互耦合,掃描法可定義旋轉頻率的范圍,采用復特征值極端。直接法通過特征值法獲得臨界轉速,它被用于恒剛度無阻尼的陀螺系統。
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。模態法是將力和矩陣用模態坐標表示;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 瞬態響應分析(SAMCEF For Rotor)
瞬態響應分析可模擬轉子啟動(或停轉)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,也可進行初始靜態計算。

3.6 敏度和統計學分析(SAMCEF For Rotor)
頻域分析(臨界速度和諧振響應分析)時,可進行不同設計參數的靈敏度分析,特別地,軸承元的動力學特征(剛度、阻尼)可視為設計參數,當給定設計參數的標準方差時,敏度分析可評價整個設計方案的標準方差。

4 后仿真處理
4.1 特征值:
阻尼系數和頻率是轉速的函數,阻尼系數和頻率是設計變量的函數,Campbell圖統計分析后的置信度范圍。

4.2 曲線:
激振力響應分析后獲得位移、力、反力和應力關于時間或頻率的函數,瞬態響應后的軌跡,諧振響應統計學分析后的置信度范圍。
4.3 某時刻或某頻率的圖形:
設定某相位角,可組合復模態并將其疊加在初始結構上,獲得位移、旋轉和能量情況。設定某頻率,頻率分析后可獲得復位移、旋轉、力、動量和應力情況。設定某時刻,時域分析后可獲得實位移、旋轉、力、動量和應力情況,時域頻域分析后可獲得動畫結果。

關于SAMTECH
SAMTECH 公司(www.samcef.com)是世界上著名的有限元軟件SAMCEF 的開發商和供應服務商,是歐洲CAE 領域的領導者。SAMCEF 公司的前身是比利時列日大學(Universityof Liege)的宇航實驗室,該實驗室自從1965 年就從事開發商業化的有限元分析軟件SAMCEF。SAMCEF 軟件的開發者與1986 年脫離列日大學而創建了SAMTECH 公司。目前SAMTECH 公司在比利時、法國、德國和意大利設有9 個分支結構,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服務。2004年SAMTECH 公司在全球有190 位員工(80%是軟件開發和技術支持工程師)。SAMTECH與航空和航天工業(SNECMA, EADS, AIRBUS, …),以及防衛、汽車、能源和造船等工業都有密切的合作。SAMTECH 是獲得ISO 9001:2000 認證的軟件公司。
SAMTECH 的核心產品是專注于機械系統虛擬仿真、結構有限元分析和多學科優化的軟件工作(Samcef, BOSS Quattro, EUROPLEXUS, TEA)。這些核心軟件產品適合于從設計研發階段到高級驗證性分析的各個工業領域的需求。

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