SamcefRotor在发动机转子动力特性分析中的应用.PDF

Samcef Rotor 在发动机转子动力特性分析中的应用 1 2 周传月 ，宗克勤 （1.北京东方极峰科技有限公司，北京 100081 ；2.哈尔滨第703 研究所， 哈尔滨 100036 ） 摘 要：本文首先介绍了依托Samcef Field 和Samcef Rotor 软件搭建的发动机转子动力特性集成仿真分析系统。其次介绍 了转子动力特性分析软件Samcef Rotor 的特点、模型及分析功能。最后以四个工程应用实例，着重介绍了Samcef Rotor 软件在发动机转子动力特性分析中的应用。 关键词：Samcef Rotor ，转子，动力特性，有限元分析 1 引言 随着工业的高速发展，旋转机械转速不断增加，性能不断提高。特别是航空燃气涡轮发动机和舰船用 燃气轮机，由于其转速加大，推重比不断提高，因而带来了转子部件的负荷的增加。旋转机械的动力学问 题历来就是发动机设计和研究人员关注的问题。发动机是高技术和高可靠性的复杂产品，尤其是高速旋转 的转子系统，在其产品开发中有着极其复杂和严格的要求。发动机转子动力学问题是发动机研制和开发的 一个重要问题。在转子动力学研究中，计算仿真分析 （CAE ）具有很重要的地位。无论是讨论转子的动力 学特性，分析转子的各种动力学现象，还是进行转子系统的设计，解决旋转机械的有关工程问题等，都离 不开计算分析工作。在转子动力学的发展历史中，计算方法与理论研究和工程应用是同步发展的。随着计 算机技术和软件技术的飞速发展，计算仿真分析的重要性更为突出。甚至一些无法用理论分析方法解决的 复杂问题，也可以使用数值计算的方法得到结果，或通过计算机仿真，揭示某些难以用理论分析方法或实 验观察获得的新现象。 在传统的转子动力学分析中，计算分析的主要内容是关于转子弯曲振动的临界转速、不平衡响应和稳 定性。有时，还有各种激励下的谐波响应和瞬态响应计算。有些转子系统还需要计算扭转振动的固有频率 和响应。随着转子动力学研究工作的深入发展，人们发现轴承、轴承座、支承基础，以及其它有关结构对 转子的动力学特性有很大的影响，因而有必要把轴承、轴承座、密封，甚至设备的基础也纳入到转子系统 中。SAMTECH 公司一直致力于转子动力学数值计算方法的研究，在著名的发动机公司的支持下，开发了 大型商业化转子动力学分析软件Samcef Rotor。 SAMTECH 公司（ ）是欧洲最大的 CAE 软件公司之一，是著名的有限元分析软件 Samcef 的开发商。SAMTECH 公司的前身是比利时列日大学（University of Liege ）的宇航实验室，该实验 室自从 1965 年就从事开发商业化的有限元分析软件Samcef 的开发。Samcef 软件的开发者于 1986 年脱离 列日大学而创建了SAMTECH 公司。SAMTECH 与航空和航天工业（SNECMA, EADS, AIRBUS, … ），以 及防卫、汽车、能源、造船和机床等工业有密切的合作。 Samcef 系列软件是世界上广泛应用的有限元分析软件。Samcef 包括通用有限元分析软件，如前后处 理软件Samcef Field、线性分析软件Samcef Linear 和非线性分析软件Samcef Mecano 等，以及很多特定的 专业软件，如转子动力分析软件Samcef Rotor，高压电缆静动力学分析软件Samcef HVS 等。其中转子动 力分析模块Samcef Rotor 是目前世界上唯一的单轴或多轴转子动力学特性大型有限元分析软件。图1 是依 托Samcef Rotor 软件和Samcef Field 软件搭建的发动机的转子动力特性集成仿真分析系统。此系统是一完 整的转子建模和仿真分析环境，包含发动机转子动力特性分析的各个方面。 7 设计 分析 BearPerf CAD 系统： 轴承动力特性计算 Samcef 产品：