摘要：基于有限元方法，可求解各種透平機(jī)械橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動、軸向振動、可分析臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)、阻尼特征值及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)及非線性響應(yīng)。可以考慮陀螺效應(yīng)的影響、軸承、基礎(chǔ)、密封及齒輪的影響等。

關(guān)鍵字：MADYN 轉(zhuǎn)子 穩(wěn)定型 軸承

MADYN是一款世界著名的大型專業(yè)轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析軟件，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的設(shè)計(jì)、工程分析、仿真計(jì)算中。MADYN為客戶提供完整的轉(zhuǎn)子機(jī)械動力學(xué)解決方案，同時也是全球唯一一款將最高級和最完善的轉(zhuǎn)子動力學(xué)、扭轉(zhuǎn)振動、液膜軸承以及磁性軸承分析程序集成一體協(xié)同仿真的軟件。MADYN可以解決復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械評估問題，為客戶提供無與倫比的解決方案，讓用戶可以在連續(xù)、集成的環(huán)境下為最復(fù)雜的轉(zhuǎn)子－軸承－齒輪系統(tǒng)建模和分析 。目前，MADYN廣泛應(yīng)用于能源、軍事、汽車、化工、航天航空、電子、醫(yī)學(xué)、日用生產(chǎn)等領(lǐng)域。

1．MADYN 軟件的主要應(yīng)用領(lǐng)域

MADYN適用于各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，例如微型氣動渦輪、發(fā)電廠站的大型渦輪發(fā)電機(jī)、蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、泵、增壓器、液力變矩器、風(fēng)機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)、離心分離機(jī)械，微型計(jì)算機(jī)硬盤里的電機(jī)和主軸、雷達(dá)伺服系統(tǒng)、同步電機(jī)的動力傳動系統(tǒng)，以及鈾濃縮車間的齒輪箱等。包括Siemens、BP、Alstom、ABB等眾多旋轉(zhuǎn)機(jī)械制造商和用戶利用這些模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、性能預(yù)測、失效分析和診斷維修。

在中國，ABB公司采用了MADYN來設(shè)計(jì)并計(jì)算三峽水輪發(fā)電機(jī)組軸系穩(wěn)定性、臨界轉(zhuǎn)速及動態(tài)響應(yīng)計(jì)算，為三峽工程的順利竣工提供了技術(shù)幫助。在風(fēng)機(jī)行業(yè)，陜鼓“應(yīng)用國際最先進(jìn)的MADYN程序?qū)S承的動靜態(tài)性能、轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)及轉(zhuǎn)子扭曲振動進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，提高了準(zhǔn)確和可靠性” 。

2．MADYN 軟件的特色

1. 基于長期的理論研究和實(shí)踐驗(yàn)證

2. 面向工程實(shí)際的模型庫

3. 有效處理液膜軸承

4. 頗具特色的磁性軸承

5. 強(qiáng)大的求解能力

6. 豐富的后處理

7. 好學(xué)易用的用戶界面

8. 一個模型可進(jìn)行多個分析

3．MADYN 軟件的功能

l 功能齊全的建模模塊

MADYN內(nèi)置了獨(dú)特而強(qiáng)大的建模模塊，以處理各種復(fù)雜的轉(zhuǎn)子包括各類軸承、液膜轉(zhuǎn)子、懸掛有彈性部件的軸以及各種軸承支撐。通用有限元程序獲取力——位移傳遞函數(shù)后，一般的外殼結(jié)構(gòu)也可以做為軸承支撐。模型庫主要包括以下幾類：

1. 軸

2. 軸對稱子單元

3. 彈性聯(lián)軸器

4. 齒輪

5. 通用軸承

6. 徑向液膜軸承

7. 浮環(huán)軸承

8. 磁性軸承

9. 通用彈簧

10. 通用動態(tài)軸承支座

11. 流體

此外，對于特殊模型，提供特殊了的建模方法：

1. 復(fù)合軸，比如發(fā)電機(jī)線圈

2. 溫度相關(guān)的材料

3. 應(yīng)力計(jì)算時考慮切口系數(shù)的單元

4. 軸向偏置的彈性支座

5. 通過接口由文本文件導(dǎo)入轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)

l 強(qiáng)大的求解能力

軟件基于有限元方法，采用了Timoshenko梁理論，并利用了4階Hermit單元來模擬轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的的彈性、慣性和陀螺效應(yīng)。軟件可求解阻尼和非阻尼狀態(tài)下的臨界轉(zhuǎn)速、模態(tài)、穩(wěn)定性、不平衡響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)。

1、 靜力學(xué)分析

重力

齒輪載荷

靜態(tài)力

靜態(tài)力組合

2、 特征值分析

3、 頻響分析

不平衡反應(yīng)

簡諧力相應(yīng)

諧波激勵

4、 瞬態(tài)分析

瞬態(tài)力相應(yīng)分析

瞬態(tài)基礎(chǔ)加速度相應(yīng)

瞬態(tài)載荷組合

5、 參數(shù)變量分析

臨界速度圖

Camphell 圖

剛度和阻尼變化圖

FCP 抗扭剛度變化圖

l 豐富的后處理

MADYN 提供詳細(xì)而豐富的后處理：

1. 繪圖詳細(xì)且具有針對性，包括完整的信息并提供可選的復(fù)雜信息說明

2. 模型分層顯示：軸承、軸、聯(lián)接、齒輪、系統(tǒng)

3. 力、力矩、應(yīng)力、變形結(jié)果的顯示（沿軸向結(jié)果）

4. 時間相關(guān)變形的詳細(xì)說明

5. 共振曲線（可選擇方向,主軸軌道,相對振動）

6. 特征值的分析的圖表

7. 參數(shù)分析的圖表

8. 瞬態(tài)相應(yīng)曲線

l功能齊全的液膜軸承模塊

內(nèi)置了由德國內(nèi)燃機(jī)協(xié)會贊助研發(fā)的軟件包ALP3T，可準(zhǔn)確計(jì)算層流和紊流情況下的各種液膜系數(shù)。

可分析3種情況下的液膜軸承載荷：

1. 流速穩(wěn)定、力可變

2. 流速可變、力穩(wěn)定

3. 流速可變、力可變

提供三種分析方法來計(jì)算靜平衡狀態(tài)下的液膜系數(shù)：

1. 絕熱分析：液膜溫度固定。

2. 非絕熱分析：熱量有損失。

3. DIN表查值：根據(jù)DIN建立表格，插值得出流體系數(shù)
l 特色的磁性軸承模塊

可在任意位置通過定義各方向的傳感器和激勵器來定義磁性軸承。 磁性軸承包括三種控制器：

1. 模擬信號

2. 數(shù)字信號

3. 等效模擬信號

采用了MATLAB控制系統(tǒng)工具箱和信號處理工具箱，保證了MADYN求解效率和準(zhǔn)確性。

l 友好的操作界面

1. 快速幫助提示

2. 鼠標(biāo)自動跳轉(zhuǎn)功能

3. 操作簡單快捷

4. 快速模型顯示

4．模塊說明

目前軟件包括三個模塊，一個基本模塊，和2個附加模塊。

u 轉(zhuǎn)子動力學(xué)基本模塊：

軟件基于有限元方法，可求解橫向振動、扭轉(zhuǎn)振動、軸向振動、臨界轉(zhuǎn)速分析、不平衡響應(yīng)分析、阻尼特征值分析及轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性分析、瞬態(tài)分析及非線性分析。可以考慮陀螺效應(yīng)的影響、軸承的影響、基礎(chǔ)的影響及密封的影響及齒輪的影響等。

u 液膜軸承模塊

對液膜軸承在動壓、靜壓和動靜壓混合狀態(tài)下的徑向滑動性能進(jìn)行完整預(yù)測，可用來評估液膜軸承和整個轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。

u 磁性軸承模塊

設(shè)計(jì)并評估此磁性模塊。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)經(jīng)常在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時候發(fā)生振動，振動的害處是產(chǎn)生了噪音，減低了機(jī)械的工作效率；嚴(yán)重的振動會使軟件斷裂，造成事故。MADYN能為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高效率、保證安全、減少故障和延長壽命提供理論和技術(shù)上的支持與保障。