一、簡介

　　SAMTECH公司是世界著名的有限元軟件SAMCEF的開發(fā)商及供應(yīng)商，公司成立于1986年，專注于機(jī)械系統(tǒng)仿真、數(shù)值分析和多學(xué)科優(yōu)化等領(lǐng)域。25年來，SAMTECH憑借其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力、專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)及完善的服務(wù)體系贏得了全球眾多工業(yè)用戶及科研用戶的青睞。2007年10月成立的SAMTECH公司北京代表處是SAMTECH公司在中國地區(qū)的分支機(jī)構(gòu)，全面負(fù)責(zé)SAMTECH軟件在中國的推廣，以及軟件的技術(shù)服務(wù)工作。

　　轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析是判斷航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性的重要依據(jù)，也是提高系統(tǒng)效率、延長使用壽命以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)和理論基礎(chǔ)。SAMCEF FOR ROTOR是專業(yè)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析軟件，通過對(duì)轉(zhuǎn)子、定子和連接部件等各種結(jié)構(gòu)的分析，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)可靠性。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)分析領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，是世界范圍內(nèi)最著名的商用轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)軟件，包含多種轉(zhuǎn)子模型的定義，如圖1、圖2所示。

　　二、模型及其他

　　1.一維模型：梁-剛性盤-彈簧模型

　　轉(zhuǎn)子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質(zhì)量單元模擬。這種模型計(jì)算速度快，適用于有大量設(shè)計(jì)參數(shù)需要進(jìn)行調(diào)整的初步分析。一維模型，如圖3所示。

　　2.二維模型：傅里葉多諧波軸對(duì)稱模型

　　轉(zhuǎn)子采用2D傅里葉多諧波單元模擬，可以準(zhǔn)確地描述結(jié)構(gòu)的軸向變形、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形。這種模型適合對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)創(chuàng)建更精細(xì)的計(jì)算分析模型，還非常適合于葉片數(shù)量較大的轉(zhuǎn)子模型。二維模型，如圖4所示。

　　3.三維模型：(多級(jí))循環(huán)對(duì)稱模型或3D模型

　　轉(zhuǎn)子采用3D有限元實(shí)體單元模擬，可以更詳細(xì)、更精確地描述發(fā)動(dòng)機(jī)的幾何特性，能夠使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。這種模型更適用于結(jié)構(gòu)彎扭振動(dòng)耦合作用明顯時(shí)，或者葉輪、風(fēng)扇等較復(fù)雜的幾何模型。三維模型，如圖5、圖6所示。

　　4.連接部件

　　連接部件，包括：軸承、密封和線性軸承單元;考慮了壓力、齒形和錐度角的齒輪單元模型;滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、動(dòng)壓軸承和靜壓軸承;建立在傳遞函數(shù)上的電磁軸承;非線性Bushing套管單元(多用途);擠壓油膜阻尼器和結(jié)構(gòu)阻尼器，如圖7所示。

　　5.基礎(chǔ)和支撐機(jī)構(gòu)

　　既可以精確建模又可以等效為質(zhì)量、剛度與阻尼的系統(tǒng)，從而做出整體系統(tǒng)分析，同時(shí)考慮整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。轉(zhuǎn)子和靜子可以是不同維度的模型，SAMCEF FOR ROTOR為聯(lián)用不同模型提供了的特殊銜接單元，此特有功能也為用戶在軟件使用過程中提供了極大的便利，如圖8所示。

　　三、常用分析類別

　　(1)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算——計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在不同基頻下的特征值，同時(shí)得到相應(yīng)的位移、動(dòng)量、應(yīng)變能和動(dòng)能的分布，并且可以自動(dòng)輸出坎貝爾圖(Campbell’s Diagrams)和奈奎斯特圖(Nyquist’s Diagram)。

　　(2)線性諧響應(yīng)分析——載荷可以是同步載荷(如結(jié)構(gòu)不平衡力)或非同步載荷(如重力、旋轉(zhuǎn)流體力等)。

　　(3)非線性諧響應(yīng)分析——考慮非線性支撐、軸承間隙等非線性因素的諧響應(yīng)分析。

　　(4)非線性瞬態(tài)響應(yīng)分析——系統(tǒng)啟動(dòng)和終止過程中的加速與減速分析，可以考慮如葉片損傷斷裂等瞬態(tài)沖擊力造成的非平衡力效應(yīng)。

　　(5)超單元的生成和恢復(fù)(子結(jié)構(gòu)法)——通過等效縮減剛度、質(zhì)量和阻尼矩陣，應(yīng)用動(dòng)態(tài)超單元降低模型的規(guī)模，常用于分析大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或者系統(tǒng)整體分析，如圖9所示。

　　SAMCEF FOR ROTOR軟件考慮了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的特殊難點(diǎn)問題，能夠準(zhǔn)確描述整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為，確保計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。其中，主要考慮的問題有：陀螺效應(yīng);結(jié)構(gòu)剛化和軟化;結(jié)構(gòu)阻尼;彎扭振動(dòng)耦合;連接部件作用。

　　四、軟件主要特色

　　(1)豐富的建模選擇——根據(jù)用戶分析需求和偏好，SAMCEF FOR ROTOR軟件為用戶提供了多種建模選擇。其中，傅立葉多諧波模型和3D多級(jí)循環(huán)對(duì)稱模型，更是為用戶創(chuàng)造了極大的便利。

　　(2)整體結(jié)構(gòu)分析——SAMCEF FOR ROTOR即能夠進(jìn)行單一轉(zhuǎn)子部分的分析，又可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子靜子整體結(jié)構(gòu)分析，其,包含的特殊銜接單元可以使不同維度模型的聯(lián)用成為可能，極大地提高了工作效率。

　　(3)全備的分析類型——用戶可以根據(jù)分析目的，在靜態(tài)分析、模態(tài)分析、臨界轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定性分析、線性及非線性諧響應(yīng)分析(動(dòng)平衡)、瞬態(tài)分析以及超單元運(yùn)用等各項(xiàng)分析功能中靈活選擇，使研發(fā)過程得心應(yīng)手。

　　(4)精準(zhǔn)高效的算法——SAMCEF FOR ROTOR在開發(fā)過程中非常注重軟件的運(yùn)行效率，一系列算法既可以保留默認(rèn)，又可以由用戶根據(jù)需求自行選擇，在保證工作效率的同時(shí)使結(jié)果具有更高的精確性。

　　(5)便捷的后處理程序——轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析往往需要復(fù)雜的結(jié)果后處理，SAMCEF FOR ROTOR為用戶充分考慮了這一點(diǎn)。豐富的輸出結(jié)果選項(xiàng)可以讓用戶得到所有后續(xù)可能應(yīng)用到的結(jié)果，各種圖表的自動(dòng)繪制功能允許用戶方便快捷地查看結(jié)果。