含转轴裂纹的离心叶轮转子非线性动力学特性研究

建立了带有裂纹故障的的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的横向振动力学模型,并推导了系统的无量纲运动微分方程。运用数值积分法对系统的分岔特性进行了仿真。最后分析了横向流体激振力以及裂纹深度对离心叶轮系统动力学性能的影响。     

气流激振对球轴承涡轮增压器转子动力学特性的影响

车用球轴承涡轮增压器气流激振力包括密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,分别应用Black模型和Alford模型,计算得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。将计算结果代入模型进行仿真计算,得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。分别与临界转速实验结果、与未添加叶顶间隙气流激振力模型计算结果、未添加密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力的计算结果进行对比分析,结果表明:密封流体激振力增加系统阻尼,降低球轴承涡轮增压器转子系统的振幅,提升系统的稳定性;气流激振增加系统交叉刚度,降低系统稳态响应振幅。     

转子密封系统流体激振及其减振技术研究简评

密封流体激振已成为许多转子强烈振动的根源。本文回顾了转子密封系统流体激振研究的历史和现状，重点讨论了密封动力特性系数计算、阻尼密封的研究和应用。密封流体激振减振技术的关键是降低密封腔中流体的平均周向速度，提高转子的固有频率。高参数叶轮机械的发展，使转子密封系统流体激振问题的研究面临新的挑战，需要对现行的理论和方法进行改进和发展。     

气流激振力作用下的旋转冲压转子动力学响应

对旋转冲压发动机转子涡动时压缩进气道的内部流场进行数值仿真,建立了作用在转子上的气流激振力非线性模型,结合旋转冲压转子-动静压混合气体轴承系统的有限元模型,并通过数值仿真获得了复杂气流激振力作用下旋转冲压转子-动静混合气体轴承系统的非线性动力学响应。研究结果表明,旋转冲压转子的偏心距对复杂气流激振力作用下转子轴承系统的振动特性具有显著的影响。     

离心泵隔舌对流体激振力的影响研究

为了研究隔舌厚度对离心泵压力脉动的影响规律,本文采用基于RNG k-ε模型封闭的Reynold平均方程和滑移网格技术对三维非定常流进行了数值模拟,得到了内部流场特性及泵的压力脉动情况,并对其进行了频域分析。计算结果表明：在设计工况下,叶轮受到的激振力与叶轮和隔舌的压力脉动有关；激振力的频率主要成分是叶片通过隔舌的频率；流体激振力的幅值随着隔舌厚度的增加而增加。     

高速离心泵隔舌对流体激振力的影响研究

为了研究隔舌厚度对高速离心泵压力脉动的影响规律,采用基于RNG k-ε型封闭的Reynold平均方程和滑移网格技术对三维非定常流进行了数值模拟,得到了内部流场特性及泵的压力脉动情况,并对其进行了频域分析.计算结果表明:在设计工况下,叶轮受到的激振力与叶轮和隔舌的压力脉动有关;激振力的频率主要成分是叶片通过隔舌的频率;流体激振力的幅值随着隔舌厚度的增加而增加.     

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力.采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律.结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据.     

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明：汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。     

Alford力和磁悬浮轴承对转子系统动力学特性的影响

以磁悬浮轴承支承的航空发动机高压模拟转子为对象,研究了在压气机叶尖气流激振力和磁悬浮轴承电磁力共同作用下的转子系统动力学特性。采用Timoshenko梁理论建立了模拟转子的有限元模型,在模型中引入由PID方法控制的差动磁悬浮轴承电磁力以及由Alford力表示的压气机叶尖气流激振力,利用Newmark-β法求解了转子系统的动力学响应。计算结果表明,在非线性Alford力和磁轴承电磁力共同作用下,转子系统表现出了较复杂的动力学特征;磁悬浮轴承的控制参数对转子系统特性有较大影响,不同取值可能导致转子出现单周期、多周期拟周期甚至失稳等不同动力学行为;因此,对由磁悬浮轴承支承并含轴流压气机的转子,需考虑叶尖气流激振力与电磁轴承力的相互影响进而确定轴承控制参数。     

基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究

采用数值方法研究离心风机在流体激励力和叶轮离心力共同作用下的结构响应。离心风机在运行过程中的振动主要由流体激励力和叶轮离心力引起,传统的分析方法很难准确地模拟和预测这种流固耦合振动。首先模拟离心风机内部三维非定常流场,然后将流场分析得出的流体激励力施加到风机叶轮上,采用模态动力学方法对离心风机进行振动响应计算。研究叶片数和前盘厚度两种结构参数对离心风机振动特性的影响。结果表明,存在最佳的叶片数和前盘厚度值,使得离心风机达到较好的减振效果;增加前盘厚度有利于提高叶轮强度,但是随着前盘厚度的增加,系统振动越来越强烈,因此在叶轮设计时应充分考虑叶轮强度以及风机整机振动性能以确定最佳叶轮结构。     

双盘悬臂裂纹转子-轴承系统的动力学分析

在考虑了非线性油膜力的基础上 ,建立了双圆盘立式悬臂裂纹转子 -轴承系统横向振动的动力学模型 ,利用Runge- Kutta法对该系统的动力学行为进行了数值研究 ,分析了该系统在有无裂纹两种情况下的分岔与混沌特性 ,通过对系统分岔图、Poincare截面图和幅值谱的分析 ,发现裂纹对该系统的动力学特性影响很大。由于油膜力和裂纹耦合的强非线性作用 ,在它的谱图上出现了 1/ 2、1/ 3等分频谱线     

基于空气弹簧的振动离心机顺臂隔振技术研究

振动离心机是地震研究和飞行器离心振动复合环境试验研究的重要工具,顺臂振动是其重要的运行工况,而顺臂隔振是振动离心机在该工况下稳定运行的关键。在分析振动离心机顺臂振动工况的基础上,利用空气弹簧的动刚度小而轴向承载力大等特点,设计了一种安装于振动离心机转臂上可测不平衡力的顺臂隔振系统。基于隔振系统的力学模型,通过解析简化获得该系统的力传递率解析方程,并分析了影响该系统隔振能力的主要因素。针对某振动离心机,利用解析方程计算了其隔振系统的力传递率,并通过隔振系统力学模型对其传递力进行了仿真分析,理论计算及仿真所得的力传递率基本一致且均较小。结果表明：以空气弹簧为主体的顺臂隔振系统可有效隔离振动离心机的顺臂振动冲击,力传递率解析方程可用于隔振系统隔振能力评估计算。     

高速主轴动力学建模及速度效应分析

考虑高速旋转部件的离心力和陀螺力矩效应,利用Timoshenko梁单元和转盘单元建立主轴转子、转盘、主轴箱等部件有限元模型,并对Jones轴承模型进行扩展建立高速滚动轴承非线性模型。将各子部件模型进行集成,得到整个高速主轴系统的非线性动力学方程,并进行试验验证。分别从转子陀螺力矩、转子离心力和轴承软化这三个角度,系统地研究高速旋转状态下主轴-轴承系统内部的速度效应及其对整个系统动态特性的影响规律。结果表明:当系统存在较大的阻尼比(1%~5%)时,陀螺力矩对系统的直接频率响应函数影响不明显,但是对交叉传递函数的影响显著;随着主轴转速的升高,主轴转子的离心力效应会逐渐削弱主轴系统的刚度,最终使整个高速主轴系统的固有频率降低;必须综合考虑主轴转子的离心力效应和轴承的软化效应,才能比较准确地仿真高速主轴系统的动力学特性。     

基于离心力和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学特性研究

研究“主轴-轴承”系统在高转速场中受离心力和陀螺力矩影响的动力学特性对于提高主轴系统运行稳定性有重要的作用。在扩展Harris滚动轴承非线性分析模型、建立滚动轴承耦合刚度矩阵的基础上,建立了一种综合考虑主轴离心力效应和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学数字模型,并借助锤击模态实验验证了其准确性;分析论述了主轴离心力效应、主轴陀螺力矩效应及滚动轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统在高转速场中的动力学特性的影响规律。通过模型分析计算表明：当轴承处于超轻预紧（EL）工况时,主轴的高速效应比轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统动力学特性的影响更大,尤以主轴陀螺力矩效应的影响最为突出。     

基于伺服驱动的离心式动态力校准装置

为提高准静态环境使用的力传感器校准精度,研制了基于伺服驱动的离心式动态力校准装置。该装置利用直驱伺服电机驱动和控制质量块做离心运动,通过去轴承设计的动力传动机构输出量值可控的动态力;建立了动力学模型并得到了实验验证;进行了测量重复性和动态响应性能实验研究。实验结果表明,校准装置在中高转速下测量重复性优于1%,能在0.242s内加速到额定转速500r/min,且输出力值可达到3.8kN。     

气体腰轮流量计测量结果的不确定度分析

气体腰轮流量计属于气体容积式流量计的一种,根据其示值误差计算方法可分为A类气体腰轮流量计和B类气体腰轮流量计,使用仪表K系数计算示值误差的为A类,使用累积流量计算示值误差的为B类。针对这两类气体腰轮流量计的测量结果分别有不同的不确定度分析方法。     

三种非线性力作用下高参数涡轮转子复杂运动响应

考虑油膜力、气流力和密封力等三种非线性力,建立单跨对称弹性转子的动力学方程。采用Matlab软件对方程进行数值积分,研究系统在转速、气流速度和密封间隙改变时的动力学行为,并考虑到高转速、大的气流速度等高参数及密封小间隙影响。结果表明：转速的改变,使系统出现周期1运动、周期3运动、周期4运动和概周期运动等复杂动力学行为;...     

离心泵转子动力学模型中流体力的简化

采用叶轮流体力的简化方式可以提高离心泵流体激励诱发振动的计算的准确程度。根据达朗伯原理对试验台架建立了包含离心泵基座的四圆盘三轴段转子动力学模型;将流体力分别简化为叶轮内20 %流体质量、40 %流体质量、CFD集中力与力矩,采用Newmark-隐式算法对转子动力学模型进行瞬态响应分析。结果表明,将叶轮上流体力简化为CFD;所得集中力与力矩时;可有效得出离心泵运转过程中流体激励所诱发的基座振动。而所获得的基座振动位移与加速度幅值均远大于将流体力简化为叶轮内20 %或40 %流体质量所获得的基座振动数值。另一方面,将流体力简化为叶轮内40 %流体质量所获得的基座振动大于简化为叶轮内20 %流体质量所获得的基座振动。     

转子-轴承-密封系统的非线性动力学研究

将非线性油膜力模型Muszynska密封力模型相结合，综合研究转子一轴承一密封耦合系统在不平衡量激励下的非线性动力学特征。针对转速对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算，并利用系统轨迹图、Poincare映射和分叉图分析了耦合系统的非线性动力学特征。数值仿真表明，随着转速的变化，耦合系统呈现出复杂的动力学行为，产生了包括周期、倍周期、拟周期等丰富的振动现象，具有很强的非线性特征。