考虑接触刚度的燃气轮机拉杆转子动力特性研究

基于弹塑性理论对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,根据受力和变形关系得到了不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度。将微元体界面接触刚度与宏观结构应力分析结果相结合,给出了考虑接触刚度的组合结构动力特性研究方法,分析了压气段轮盘接触刚度对某重型燃气轮机拉杆转子固有振动频率的影响。结果表明,界面接触刚度导致转子固有频率降低,随着接触刚度的增加,其对固有频率的影响逐渐减小。接触刚度对转子各阶固有频率的影响不同,法向刚度对第一阶弯曲频率影响较大,切向刚度对第二阶弯曲频率影响较大。     

盘式分布拉杆转子系统扭转振动非线性动力学特性分析

随着燃气轮机技术的发展,盘式分布拉杆转子系统在燃气轮机等动力机械中得到广泛应用。主要研究盘式分布拉杆转子扭转振动的非线性动力学特性,通过考虑叶盘接触效应和拉杆等效简化,建立一个新的系统扭转振动方程。利用多尺度方法求解动力学方程解析解,并获得拉杆转子系统扭转振动幅频方程和解析曲线,根据奇异性理论获得系统转迁集,并利用动力学系统的扰动方程零解稳定性研究原系统的周期解的稳定特性,并发现系统动力学参数对其影响规律,并根据新模型建立实际结构参数与非线性动力学参数的联系,给出系统稳定性边界条件。分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义。     

具有弹性静子的碰摩转子轴承系统非线性动力特性研究

建立了非线性油膜力作用下具有弹性静子的转子-轴承系统碰摩故障模型。采用Rugge-Kutta数值积分方法对碰摩故障进行动力学求解,得到系统响应的分岔图。对比研究了有、无碰摩故障情况下系统动力特性,分析了静子质量及碰摩刚度对转子响应的影响。分析结果表明：静子质量越大、碰摩刚度越大,转静子的耦合作用越明显;碰摩刚度较小时,产生的碰摩力较小,即使发生碰摩,对系统的动力特性影响也很小。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

固定瓦-可倾瓦组合径向轴承—柔性转子系统非线性运动分析

摘要：本文针对流体润滑中具有Reynolds边界条件的非定常Reynolds方程,运用Castelli法求解Reynolds方程,生成了单块轴瓦坐标系下的非线性油膜力数据库。根据固定瓦-可倾瓦组合滑动轴承的结构特点,对单瓦库进行检索、插值和拼装,获得了固定瓦-可倾瓦组合径向滑动轴承的非线性油膜力。针对柔性转子-组合滑动轴承系统,运用自适应步长Runge-Kutta法和Poincaré映射计算了不同支点比下的轴颈的非线性运动轨迹。数值结果表明,转子系统表现出周期解,倍周期解和准周期解等非线性现象,支点比为0.6时的系统性能略优于支点比为0.5时的系统性能。     

柔性转子-轴承系统的非线性动力学分析

以转子动力学和非线性动力学理论为基础,根据柔性转子-轴承系统的特点,建立数学模型,同时考虑了基础的非线性支撑,对于非线性的滑动轴承油膜力采用短轴承模型进行研究,使用数值积分和庞家莱映射的方法对非线性振动进行了研究,得出了转速对振动的影响,计算结果显示在某些参数范围内,系统会发生倍周期分叉、概周期运动、混沌运动.文中对各种参数下的振动作了频谱图、相平面图、庞家莱映射图、轴心轨迹图,文中还对基础松动作了数值仿真和讨论,对于分析实际轴承的基础松动故障提供了理论参考.     

拉杆对高速柔性转子动力特性的影响

针对采用两种不同拉杆方案的低压转子,分别建立有限元分析模型,在4种组合支承刚度下,运用SAMCEF/ROTOR分析软件完成低压转子的动力特性(临界转速、振型及稳态不平衡响应)计算,通过对比分析得到拉杆对低压转子动力特性的影响。研究表明:长拉杆方案和短拉杆方案对低压转子的前三阶临界转速和前两阶振型没有实质性的影响,但对第三阶振型和稳态不平衡响应有显著影响。研究结果为某小型涡扇发动机工程设计阶段的低压转子结构设计提供了参考。     

拉杆松弛对燃气轮机组合转子性能退化的影响

 组合转子作为燃气轮机的核心部件,其性能退化将对整个燃气轮机的性能产生重大影响,揭示组合转子性能退化机理并进行退化特征分析对燃气轮机的可靠运行具有重要意义．为揭示组合转子结构损伤导致的性能退化机理,考虑拉杆螺栓在高温下的应力松弛,得到基于时间历程的拉杆预紧力变化规律;通过拉杆预紧力定义组合转子退化量指标,评估组合转子的退化程度;计算轮盘界面接触刚度,进行考虑接触界面的组合转子动力学分析,进而得到燃气轮机组合转子不同退化量下的动力学特征．结果表明：温度是影响组合转子性能退化的敏感参数;拉杆松弛导致组合转子固有频率漂移,组合转子前3阶固有频率的降低率相差很小,并在一定范围内与退化量呈线性关系．     

多跨转子系统轴承标高与非线性动力特性

研究非线性高维复杂转子-轴承系统的动力特性与轴承标高的关系.针对系统的局部非线性特征,采用了一种降阶及配套动力积分方法.对于油膜力无封闭解的实际轴承,采用变分不等方程加权有限元方法求解油膜力及其Jacobian矩阵.应用上述方法计算分析了一个三跨、椭圆轴承-转子系统的非线性响应,数值结果展现了标高对系统非线性动力特性产生影响的多样性.     

非线性转子—轴承系统的分叉

用快速Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法结合Ｆｌｏｑｕｅｔ理论和数值积分方法，对采用短轴承模型的刚性Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子系统在较宽的参数范围进行分叉研究，计算结果表明，系统存在倍周期和Ｈｏｐｆ分叉。根据Ｆｌｏｑｕｅｔ乘数，得到了分叉转迁集并分析了润滑油粘度的变化对系统Ｈｏｐｆ分叉的影响，用数值方法得到系统在某些参数域中分以就图，时间历程，相图，轨迹图以及Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射和频谱图，数值积分结果验证了所得分叉转     

拉杆结构中弹簧刚度和有限元模型刚度融合修正方法研究

为建立更加准确的航空发动机高压转子的有限元模型,对表征高压转子拉杆结构的盘与盘、拉杆与盘之间接触的力学模型进行研究,重构了接触部位的有限元模型。提出弹簧刚度矩阵和有限元模型刚度矩阵的融合修正方法,建立了包含接触的有限元刚度整体优化模型。运用拉直算子将优化模型中需要修正的参数分离出来,结合实验模态分析得到的模态参数对有限元刚度矩阵进行了修正。实例证明修正后的有限元模型真实反映了拉杆联接的航空发动机高压转子的接触状态。     

拉杆转子扭转振动研究

以往对拉杆转子的研究多以连续整体转子对待,模型精度不高,为此,将拉杆转子非连续界面上的接触效应考虑在内,运用键合图法建立了拉杆转子扭转振动的动力学模型,并对接触面当量扭转刚度的影响因素作了相关分析。结合一实验拉杆转子对其扭转振动进行了理论计算与实测对比,分析了不同预紧力作用下拉杆转子与连续整体转子扭转振动的固有频率,并将预紧力为4000N时拉杆转子与连续转子的模态振型进行了对比。结果表明,该拉杆转子扭振模型不仅具有更高的精度,而且它通过接触面的扭转变形从本质上体现了拉杆转子与连续转子的区别,为今后对拉杆转子的进一步研究奠定了基础。     

频繁启停过程中拉杆微裂纹引起的组合转子性能退化研究

燃气轮机的性能下降很大程度上是由于燃机的核心部件——组合转子的退化导致的,因此,非常有必要重点研究组合转子的性能退化规律.组合转子局部结构的损伤,必将导致整体性能的下降.从该角度出发,建立组合转子的有限元模型,对组合转子拉杆裂纹进行扩展计算,定义组合转子性能退化量,分析了不同尺寸的拉杆裂纹对转子性能退化的影响.研究结果表明:随着裂纹尺寸的逐渐增加,组合转子的退化速率逐渐加快;不同微裂纹拉杆的分布形式对组合转子退化程度影响不同,当微裂纹拉杆相邻分布时组合转子退化速率最快,裂纹拉杆180°分布时组合转子退化速率最慢.     

非线性转子的反向全周碰摩响应

本文对一个具有非线性刚度的单盘转子的反向全周碰摩进行研究。通过数值计算和已有实验结果的比较说明在反向全周碰摩研究中考虑转轴的非线性刚度是有必要的;采用平均法求得了系统反向全周碰摩的解析解,判断了解的稳定性,研究表明非线性转子系统既存在摩擦力方向改变引起的反向全周碰摩,同时转轴的非线性刚度和干摩擦共同作用也可以导致转子的反向全周碰摩,且这种反向全周碰摩运动是稳定的周期运动;讨论了系统参数对反向全周碰摩振幅、频率及其存在性的影响。本文的研究结论为转子系统的设计提供了一定的理论支持。     

外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析

为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型,将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型.基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承...     

非线性"转子-轴承-密封"系统动力分析

将非线性油膜力模型与密封流体Muszynska密封力模型相结合，建立了具有非线性转子-轴承-密封系统的动力学模型。针对转速等因素对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算，给出了系统响应随转子转速变化、压差变化和密封间隙变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图，以及一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和频谱图。数值仿真表明，非线性密封力抑制了系统出现倍周期分叉，并且该耦合系统呈现出复杂的动力学行为，产生了包括周期、倍周期和拟周期等丰富的振动现象。     

磁流变流体挤压油膜阻尼器柔性转子系统动力特性的试验研究

通过测量不同激励条件下磁流变流体挤压油膜阻尼器(magnetorheological fluid squeeze filmdamper,简写为MRFSFD)转子系统的运动轨迹和不平衡响应,研究了MRFSFD转子系统的动力特性以及MRFSFD对转子系统动力特性的可控性和对转子系统的振动进行控制的有效性.结果表明MRFSFD的动力特性是可控的,在合理选择激励磁场的条件下MRFSFD能够有效地抑制转子系统的振动.MRFSFD转子系统对激励的响应时间较长,这种阻尼器更适合对转子系统的振动进行半主动控制.利用MRFSFD对转子的振动进行分段控制可以使转子系统平稳地通过多阶临界转速.