稳态温度场对转子系统振动特性的影响

热弯曲是工程实际中常见的转子故障.采用有限元法,利用热-结构-动力学耦合理论,探讨了稳态温度场对某汽轮机转子系统的振动特性的影响.对比研究了不平衡响应、热弯曲响应以及不平衡和热弯曲耦合响应,讨论了稳态温度场、转子系统的工作转速等因素对转子-轴承系统热振动特性的影响,找出了影响其热振动特性的敏感参数.结果表明,由于热弯曲的产生,转子系统的刚度重新分布,导致了其热振动的一阶临界转速显著降低,同时改变了振动的平衡位置,使转子系统围绕新的平衡位置做周期性运动.计算结果为转子-轴承系统的设计和热弯曲故障诊断提供了理论依据.     

分支结构参数变化对柔性转子动力特性的影响

针对动力涡轮转子中存在的悬臂分支结构,研究了柔性转子动力学特性随分支结构参数的变化。建立了带分支转盘系统的转子动力学模型,利用拉格朗日方程推导了其运动微分方程,采用数值方法对不同法兰盘偏置量、分支轴长度、弹性支承刚度下转子系统的临界转速、振型和不平衡响应进行了计算和比较。研究表明,改变分支结构参数对系统不同振型临界转速的影响不同,通过降低法兰盘偏置量、增大分支轴长度,可以显著地减小转子的弯曲临界转速,同时降低转子的抗弯刚度,造成涡轮盘处的不平衡响应增大。     

谐调螺栓连接对转子系统动力学特性影响

为了研究螺栓连接结构对航空发动机转子系统动力特性的影响,将改进薄层单元法应用到正常工作的转子系统的螺栓连接结构中,该方法能够充分考虑对接面之间应力分布不均的特点,并且薄层单元材料参数无需试验数据修正。首先,简述了改进薄层单元法的基本原理;其次,将该方法应用到简化的转子系统中,研究了螺栓预紧力对转子系统固有特性、临界转速和不平衡响应的影响规律。结果表明：在转子系统螺栓连接结构应用改进薄层单元法时,转子系统是周期对称结构,系统的临界转速特性需要在旋转坐标系下进行求解;随着螺栓预紧力的增加,转子系统的各阶固有频率、各阶临界转速和不平衡响应均增大,但增大的量几乎可以忽略,这与螺栓预紧力对静子系统的影响规律完全不同。因此,当转子系统正常工作时,可以将转子系统中的螺栓连接结构等效为刚性连接。     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

轴承油膜动特性对转子临界转速的效应计算

介绍了非定常情况下,滑动轴承动压油膜的动态特性对转子支承刚度的作用．在此基础上建立了基于油膜动力学特性及底座支承刚度动力学模型的计算方法,并用于传递矩阵法求解转子系统的临界转速中．计算结果表明,随着系统的支承刚度下降,转子系统的临界转速是下降的     

高速电机转子临界转速计算与振动模态分析

采用3D有限元方法,计算磁力轴承转子系统临界转速并分析振动模态,利用磁悬浮转子系统自身悬浮特性进行激振实验,确定有限元模型中磁力轴承支承刚度,有限元法计算的临界转速与转子系统实际运行临界转速相一致.研究表明,磁力轴承刚度对转子临界转速影响很大,可以通过改变磁力轴承刚度和转子材料来调整临界转速;为了避免转子超越弯曲模态的临界转速,转子轴伸长度应控制在安全范围内.     

考虑油膜力的弹性转子系统碰摩故障研究

以现代非线性动力学和转子动力学理论为基础,分析了带有碰摩故障的弹性转子系统的动力学行为·针对短轴承油膜力的强非线性特点,用RungeKutta法在较宽范围内研究了定子刚度和激励频率等参数对该碰摩转子系统动态特性的影响,发现参数变化时系统存在周期、拟周期和混沌运动等丰富的非线性现象:该碰摩转子系统在一阶临界转速附近系统响应为混沌运动,转速较高时系统响应表现为拟周期运动,定子刚度很大时系统响应处于工频状态·该研究结果为转子轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考·     

双转子多盘转子系统的动态特性

采用有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,计算分析了轴承支承刚度和内外转子的转速比对系统临界转速的影响,并对计算结果的正确性进行了验证.研究发现:各支承位置支承刚度的增大将使系统临界转速逐渐增大,当增大到一定程度时对临界转速的影响并不大,各支承刚度对各阶临界转速的影响程度并不一致;另外,中介轴承对系统临界转速的影响并不大;以内转子为主激励的同步反进动时,系统临界转速随着转速比的升高而降低,正进动临界转速随着转速比的升高而增大;而以外转子为主激励的同步反进动时的临界转速表现出相反的规律.     

齿轮轴系弯扭耦合振动特性

以某大型压缩机转子系统为研究对象,计及机组和支承的弹性变形和齿轮的时变啮合刚度,结合转子动力学,建立了齿轮转子系统的有限元模型,综合分析了齿轮转子系统的弯扭耦合振动特性.探讨了膜片联轴器、啮合刚度以及支承刚度、支承阻尼对齿轮转子系统固有频率和稳定性的影响.结果表明,啮合刚度对系统临界转速的影响不大,而对系统处于高阶模态时的稳定性影响较显著;膜片联轴器的中间轴段质量、膜片数目、膜片厚度等以及支撑的刚度、阻尼对系统的临界转速和稳定性都有一定的影响.     

弹性转子系统动力学行为

提出了考虑机匣弹性、机匣与定子间的弹性联接和陀螺效应的碰摩转子动力学系统模型;运用数值积分方法获取了系统响应,分析了机匣与圆盘质量比和双圆盘偏心矩比对转子系统分岔与混沌行为的影响.结果发现,系统进入混沌的路径主要是阵发性混沌和周期3经倍分岔进入混沌;与刚性支承的情况加以比较,发现系统的弹性对混沌响应有一定的抑制作用.分析结果表明:机匣弹性使混沌响应的区域缩小,高阶临界转速减小,对高阶临界转速和共振振幅的影响比较大,而对低阶临界转速和共振振幅的影响较小.     

基于非线性虚拟材料栓接结合部动力学建模方法

为仿真栓接结合部非线性动力学特性，提出一种基于非线性横观各向同性虚拟材料的栓接结合部动力学建模方法.基于有限单元法，利用8节点实体单元构建被连接件及用来等效栓接结合部的横观各向同性虚拟材料层，虚拟材料层与被连接件固接.采用非线性虚拟材料等效栓接结合部，以模拟含栓接结合部结构在不同幅值的外简谐激振下所体现出的非线性刚度特性.为提高非线性模型计算精度，将非线性横观各向同性虚拟材料层进行分区处理，每个区域虚拟材料参数分别由该区域虚拟材料的形变确定.最后，对模型进行局部降维，在时域下求解模型的幅频响应，通过对比仿真计算结果和试验结果，验证所提出建模方法的可行性与有效性.     

螺栓被连接件轴向刚度高精度计算的半解析方法

以圆盘形螺栓被连接件为研究对象,结合有限元分析与理论解析,提出了一种精确计算被连接件刚度的半解析方法.利用精细的有限元分析模型,分析了不同弹性模量、泊松比、总厚度、装配间隙、厚度比对被连接件刚度的影响规律,构建了同材质上、下被连接件刚度的半解析模型.同时,结合不同材质上、下被连接件的等效方法,求解出上、下被连接件的压应力半顶角,实现了不同材料组合所对应被连接件刚度的精确计算.与有限元分析结果相比,被连接件刚度的相对误差小于3％,绝对误差小于0.02 GN/m.     

轮盘搭接干摩擦接触结构转子减振特性研究

轮盘搭接干摩擦接触结构转子广泛应用于航空发动机、燃气轮机等机械中，搭接结构在旋转时系统的振动响应发生变化，会影响设备的正常运转，因此有必要对搭接摩擦结构转子的振动特性进行研究。考虑到搭接结构的接触面的干摩擦特性，采用带有迟滞特性的宏观滑移模型模拟搭接结构的接触面摩擦，将转子工作时搭接结构接触面的非线性摩擦力转化为等效刚度和等效阻尼的影响。搭建搭接转子试验台，并与非搭接结构转子和螺栓连接结构转子进行对比，试验结果表明：当轮盘搭接结构转子旋转时，搭接接触面出现相对滑移，通过摩擦耗散振动能量，从而达到减振效果；螺栓连接结构和搭接结构均可降低转子振动加速度的最大值，且轮盘搭接结构转子的减振效果优于螺栓连接结构转子；增加搭接间隙会导致振动位移增大。     

往复荷载作用下新型装配式螺栓干节点的抗震性能研究

本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,对一种改进的新型装配式螺栓干节点施加低周往复荷载,进行抗震性能研究,分析了该新型螺栓干节点的耗能、承载力、延性及刚度等方面的力学性能及其破坏模式,并探讨混凝土强度、轴压比和梁配筋率对该节点力学性能的影响规律。结果表明,新型螺栓干节点比现浇节点和改进前的螺栓干节点具有更好的耗能、更高的刚度和强度,其屈服荷载、极限承载力和延性分别比现浇节点提高了35%、22%和31%,而相比改进前的螺栓干节点分别提高了38%、27%和58%,表明新型螺栓干节点的抗震性能更好;随着混凝土强度和梁配筋率的提高,新型螺栓干节点的极限承载力、耗能性能和割线刚度都有所提高,抗震性能也随之提高;柱轴压比在一定范围内的增大可以提高节点的屈服荷载、峰值荷载和屈服位移,但影响程度较低。     

含裂纹转子系统动力学建模与实验研究

疲劳、材料缺陷等因素会导致转子出现不同程度的裂纹。为分析裂纹对转子系统动态特性的影响,本文建立了裂纹转子系统的刚度矩阵,并通过有限元仿真和ZT-3实验台开展了裂纹角度和转速对裂纹转子系统动态特性研究。结果表明：在不同角度的裂纹对转子动态特性的影响分析中,45°裂纹转子系统较30°裂纹转子系统的振动响应剧烈、范围大、轴心轨迹变形程度大,波形的频率叠加现象更为明显,更多的高倍频和分数倍频被激发;在转速为(2000rpm,4000rpm)范围内,随着转速的增加,系统的时域波形逐渐趋于平稳,频率叠加现象减少,振动范围逐渐扩大,轴心轨迹逐渐变为规则的椭圆形,在3200rpm附近存在着系统的临界转速;通过实验得出的裂纹转子系统动态特性与仿真结果吻合,验证了仿真的正确性。     

螺栓结合部静态迟滞行为分析及刚度和阻尼辨识

获得螺栓结合部的静态迟滞行为并开展刚度、阻尼辨识,对于螺栓结合部设计以及装配工艺制定十分重要.利用三维有限元模型预测螺栓结合部迟滞特性,并给出了螺栓联接接触参数的设置方法.针对获得的迟滞曲线,采用最小二乘多项式拟合推导确定了结合部刚度及阻尼参数的辨识公式.以一个简单的螺栓搭接梁为对象进行了实例研究,试验证明了该搭接梁有限元模型及获得的迟滞曲线的合理性,利用获得的迟滞曲线辨识了该螺栓结合部的时变刚度、平均刚度和损耗因子等参数.研究表明:随着预紧力的增加,螺栓结合部的刚度增加而损耗因子(阻尼参数)减小.     

高速大功率车用永磁同步电机电磁诱发转子横向振动特性

高速大功率车用永磁同步电机的转子轴系是一个涉及电磁、机械高度耦合的非线性系统,因此转子动力学性能是高速车用永磁同步电机设计必须关注的问题.建立了电机中由于转子偏心引起的电磁激励解析模型,以转子动力学和非线性动力学为基础,建立永磁电动机转子系统的非线性模型,用解析法计算得到转子横向振动的幅频特性,结果表明转子横向振动具有负刚度和失稳幅值跳跃现象.最后通过数值计算对等效解析计算的结果进行了验证.     

一种测量转子动刚度的方法及应用

基于Jeffcott转子不平衡响应理论,通过在轮盘上加载不平静质量,测量不平衡质量产生的不平衡响应,实现了一种获得转子动刚度曲线的方法。通过改变支座拧紧力矩来改变支座连接刚度,以转子动刚度衡量不同支座连接刚度对转子动力学特性的影响。理论和试验结果验证了该方法的正确性,试验表明:当支座反力小于支座拧紧力矩所能产生的最大静摩擦力时,增加支座连接刚度并不会改变转子系统的动刚度。     

磁流变液阻尼器-转子系统的振动特性实验研究

在小型转子实验台上研究了磁流变液阻尼器 -转子系统的振动特性。实验发现 ,当机座支承刚度明显不同时 ,用相对位移测量得到的转子系统的振动幅频曲线也具有明显差异。磁流变液阻尼器的刚度和转子系统的临界转速都随施加磁场强度的增加而明显增大。