Dynamics R4转子动力学软件介绍

胡晓晶

一．概述
    Dynamics R4是一款高性能透平机械领域转子结构集软件、分析、设计和测试软件，该软件由Alfa-Tranzit公司在旋转机械领域积累了超过50年的设计和服务工程经验而设计。同时公司目前也是俄罗斯国内高性能透平机械领域转子结构集软件、分析、设计和测试于一身的工业行业领袖之一。拥有转子动力学领域50年工程经验的Alfa-Tranzit有限公司为不同涡轮机械制造商提供领先的服务。凭借Dynamics R4的软件，该公司专注于仿真咨询的课题、进行分析以及针对每一个个例提供解决方案。R4程序系统设计的初衷是为了解决宽谱的线性与非线性态多轴转子动力学问题。研究的对象是燃气涡轮发动机、压缩机、涡轮泵总成、发电厂、涡轮启动机、涡轮放大器、齿轮等。DYNAMICS R4程序系统可以用在引擎设计、开发和操作的不同平台上。它也可以用于基于振动诊断的仿真。

二．Dynamics R4软件介绍

1. DYNAMICS R4软件为客户提供几个方面的服务工作

(1) 设计：定义为一套数字测试设备，它能进行旋转机械动力学参数的研究和优化，凭借各种各样的结构模拟单元和友好界面极其方便于系统模型准确的设计。

(2) 开发：所用代码可以被应用于在实验测试中和旋转机械操作期间引起的震动问题的模拟，模拟的结果可以解释损坏过程的细节。

(3) 基于诊断学的建模：非稳态和非线性方法允许不同系统动力学响应的模拟，所以这就使得无需大量昂贵具体实验也能通过创建基于诊断算法的计算解决实际问题变得现实。

(4) 研究活动和教育：研究人员和科学家可以创建他们自己的单元去模拟非线性影响，这个新的单元可以被集成在Dynamics R4中。代码可以被用于转子动力学科目的教学和解决教育过程中的案例分析以及实验室实践的辅助。学生也可以使用S/W用于自学过程。

三．Dynamics R4

Dynamics R4程序系统设计的初衷是为了解决一个宽谱的线性与非线性态多轴转子动力学问题。研究的对象是燃气涡轮发电机、发电厂、空气压缩机，起重机、涡轮膨胀机、涡轮泵总成，以及各种齿轮传动系统。DYNAMICS R4 程序系统可以用在航空引擎设计、开发和操作的不同平台上。它也可以用于基于振动诊断的仿真。

1. DYNAMICS R4总体特点：

（1）丰富多样的标准线性和非线性单元用于仿真复杂转子装置。

（2）高速的计算能力。

（3）数值积分的自动时间推进策略。

（4）多种对于结果可视化的方式。

（5）允许创建一个属于自己的材料数据库。

（6）多于50种分别来源于不同出版物、论文、手册和教材的模型和解决方案的案例。

2. 功能介绍：

（1）多轴转子结构的仿真、不限数量的轴和案例。

（2）子系统的空间位置（旋转轴的自由度方向）-同轴、非联合以及交叉。

（3） 模型的惯性、刚度、阻尼、负载等参数分析以及用户定义的不同变化规律。

（4）不同的稳态和非稳态负载—非平衡、简谐负载、周期性负载、脉冲负载、任意负载等、气动负载。

（5） 具有重量和静态负载转子系统的计算、计算具有不同传动连接的多轴系统。

（6）通过组件模式合成到FEM（NASTRAN,ABACUS,ANSYS等）程序里进而仿真动力系统部分。

（7）具有任意齿轮系（螺旋、斜角）的多轴系统的仿真。

3. Dynamics R4的功能特点：

（1）多类型转子参考模型：软件中提供的多种转子基本模型可以用来组装或更改参数分析。

2  点转子；

2  Jeffcott 转子；

2  多质点转子；

2  机匣-转子系统；

2  双轴发动机转子；

2  多支撑涡轮转子；

2  螺旋齿轮对模型；

2  齿轮系转子

（2）丰富的非线性支承单元、载荷和约束单元：软件中提供了多种载荷、约束和非线性支撑单元，用户可以直接调用。

2  正交刚度支撑单元；

2  非线性刚度支撑单元；

2  滑动轴承单元；

2  滚动轴承单元；

2  挤压油膜阻尼器单元；

2  间隙单元；

2  轴向载荷单元；

2  端部约束单元；

2  梁单元、盘单元；

2  质点单元

（3）全面的可选择的假设与理论：软件中综合考虑了不同用户的需求，在分析理论方面采用的不同理论并行的设计原则，用户可以根据实际情况进行选择。

2  滑动轴承支撑中的油膜力计算，根据情况不同可分为长轴承理论和段轴承理论，对油膜的考虑分为全油膜（2π油膜）和半油膜（π油膜）两种假设。

2  挤压油膜阻尼器的油膜力计算过程中，需要考虑端部密封和打开两种情况，也即长短轴承理论，油膜也许考虑全膜和半膜两种情况，软件中都有选项可供用户选择。

2  对于不同的数值计算类型，软件中编制了不同的运算算法，用户可以选择系统默认或自行规定算法。例如，瞬态分析、模态分析、频谱分析等均有算法与之相对应。

（4）丰富的转子动力学分析功能

2  固有频率和固有振型的计算

2  临界转速和振型的计算

2  转子坎贝尔图的绘制

2  瞬态响应计算

2  转子瀑布图

2  滑动轴承支承下的 Jeffcott 转子分析实例

2  滚动轴承支撑下转子分析实例

2  转子系统中间隙的考虑实例

2  转子机匣系统的分析实例

2  转静子碰摩导致的反向涡动分析

2  稳定性分析

2  涡轮机多支承轴系分析

2  主动磁力轴承

（5）数据后处理与输出

Dynamics R4 具有专业的数据后处理功能：

2  可以用图表处理包中的 Export Dialog，将数据转换至 EXCEL 中，供其它软件使用。

2  可以根据得到的位移曲线绘制三维图谱。

2  对特定选择数据进行标注，处理。

2  软件支持特定格式的输出接口，可以同其他软件互相对接

——线性动力学的总体问题

非旋转和无阻尼的多轴转子系统中横向、轴向和扭转振动的固有频率和模式振型。连接横向、轴向和扭转振动中旋转转子系统的阻尼固有频率和模式振型。

临界速度／稳态图谱、转子非稳态阈值。

固有频率图谱／临界速度图谱。

平衡响应／重量和任意负载因素造成的静态偏差。

                               
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——非线性动力学的总体问题

具有间隙、完全或部分摩擦、外部或内部摩擦以及非稳态阈值定义等要素的转子系统的计算。

不同类径向轴承的转子系统的计算。

不同类非线性压膜阻尼器的转子系统的计算。

非线性滚动轴承的转子系统的计算。

                               
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----- 这些仿真单元中，有两大类特色单元，线性和非线性单元，这些单元的组成

线性单元：

（1）Alford力单元

（2）Wachel力单元

（3）用于计算带齿轮的轴系统的代码块和单元

（4）来源于有限元（FEM）系统的超单元的输入函数

                               
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非线性单元

（1）间隙单元（弹性阻尼横向约束单元）

（2）径向轴承单元

（3）压膜阻尼单元

（4）滚动轴承单元

（5）主动磁轴承支撑单元／地震激发<

                               
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