飞轮储能转子强度和模态有限元分析

高速飞轮储能系统需要解决的关键问题之一是飞轮高速运行过程中飞轮转子的强度、振动等问题.为了对比金属飞轮和碳纤维飞轮在材料方面的影响，基于ANSYS Workbench仿真平台，采用有限元方法对功率为75 kW、转速为28 000 r/min的飞轮储能内嵌式永磁电机转子进行静强度分析；并对转子进行模态分析，分析转子的主要振型，绘制Campbell图，计算临界转速，结果表明：所设计的两种材料的飞轮储能系统转子满足强度要求，其工作转速在安全范围内，与金属飞轮转子相比，碳纤维飞轮转子强度安全系数和转速安全裕量高，为飞轮储能系统转子设计和安全运行提供了理论依据.     

基于粒子群算法的转子支承参数优化设计

高速旋转飞轮转子的支承参数决定转子在过系统临界转速时的振幅大小和工作转速下的运行稳定性。选用具备自适应学习能力的粒子群算法(PSO),设计出能够表征系统过临界转速时的振幅和工作转速下衡量系统稳定性的目标函数式,利用PSO和该目标函数式,对系统进行参数优化。实验结果表明,利用PSO算法对该目标函数进行优化,最终得到的高速旋转飞轮转子系统参数,能有效地改善系统性能,提高系统运行稳定性。     

碳纤维波纹管弯曲刚度的测量及有限元分析

飞轮存储动能正比于其转动惯量和角速度平方,使用碳纤维复合材料可有效提高转子线速度,而通过波纹管连接圆筒的多节式飞轮转子设计,不仅便于增大转动惯量,而且考虑到波纹管弯曲刚度对转子固有频率的影响,可实现在较低转速下过临界,增大工作转速范围。该文针对渐变铺层的碳纤维波纹管,通过轴向施力法测量其静态弯曲刚度,建立对应的有限元模型,计算不同载荷下线性和考虑几何非线性的弯曲刚度,并模拟不同下铺层的弯曲刚度。研究结果表明:波纹管弯曲刚度与载荷是非线性关系,载荷较大时测量值与理论值数量级一致,弯曲刚度随铺层数增多、轴向铺层比增加而增大,且受铺层次序影响。     

磁悬浮飞轮系统陀螺效应的抑制

针对磁悬浮飞轮系统的陀螺效应，采用交叉反馈控制进行抑制．分析了引入交叉反馈控制的飞轮系统稳定性，当转速超过某临界转速时，飞轮系统保持稳定，交叉反馈控制可以对陀螺效应进行完全补偿．临界转速与控制器参数以及转子的惯性矩有关，可根据实际需要通过控制器参数进行调整．实验比较了分散PID控制与交叉反馈控制下飞轮系统的性能．实验数据分析的结果表明，分散PID控制下的飞轮系统在12000r／min时由于陀螺效应而失稳，引入交叉反馈控制后，系统在转速达到25000r／min时仍平稳运行．交叉反馈控制对陀螺效应的抑制是有效的．     

复合材料薄壁轴转子系统动力学特性的有限元分析

采用有限元软件ANSYS建立了复合材料薄壁轴的有限元模型,通过模态分析得到系统的固有频率和临界转速,将结果与相关文献的结果进行比较,说明了模型的正确性。然后建立了包含轴承、转盘在内的复合材料薄壁轴转子系统的有限元模型,研究了转子系统的动力学特性。讨论了复合材料铺层角度、铺层顺序、长径比、轴承刚度和转盘安装位置等因素对转子系统固有频率和临界转速的影响,随后分析了转盘质量、转盘安装位置、轴承刚度和轴承阻尼对转子系统不平衡响应的影响。该分析方法为复合材料薄壁轴转子系统的动力学研究与设计,提供一种可供选择的分析方法。     

复合材料高速储能飞轮的模态分析

利用复合材料飞轮贮能是工业中一项广泛采用的技术,已经在汽车、电力和军事等领域有重要的应用。介绍了某复合材料飞轮的模态分析方法,并应用计算机模态分析系统获得了复合材料飞轮转子的固有频率及振型,为复合材料飞轮的研制和其结构的改进设计提供重要的参考依据。     

辊涂试验装备的转子临界转速计算与分析

为确保辊涂装备在高速涂敷过程中保持稳定运行,研究辊涂试验装备中转子运行过程中的振动问题。采用解析法和有限元分析法计算转子的临界转速,并对极限工作转速下转子的固有频率和振型进行求解。由于辊涂转子由多种材料组成,在现有方法的基础上提出一种面向主体为钢、表层为橡胶的辊涂转子临界转速计算方法,对辊涂转子的临界转速进行求解与分析。结果表明,所设计的辊涂转子运行的最高转速远低于其一阶临界转速,避开了装备转子转速的共振区;面对多种材料复合而成的复杂转子,改进后的解析法可以用于初步判断设计的合理性,而有限元法可以更加直观地确定方案的合理性。     

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳.以转子-机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子-机匣系统的碰磨模型和动力学方程.利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh-Hurwitz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和Matlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响.理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多.具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础.     

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.     

单层复合材料飞轮转子仿真计算分析

复合材料飞轮转子处于高速旋转状态下,其离心应力不容忽视,本文通过ANSYS静力分析模块对高速旋转的复合材料飞轮转子进行应力分析,并与理论计算进行比较,结果表明：运用ANSYS静力分析模块进行分析而获得的结果与理论计算结果非常接近.     

转子临界转速实验与计算的对比分析

在建立转子实验台的基础上,用实验方法测量转子的一阶临界转速,并与理论计算所得值进行对比分析.利用LabVIEW软件对实验台编制数据采集分析软件,可以直接显示随着转速的变化转子振幅和相位的相应变化,当转子振幅和相位发生突变时,所对应转速便是转子临界转速.根据Prohl法(初参数法)计算转子临界转速,利用VB编写程序进行计算.结果显示,实验数据和理论值基本一致,说明采用此实验台可以准确测量转子临界转速,编制的Prohl法VB程序适用于计算临界转速.     

三转子涡扇发动机低压转子临界转速估算

本文针对三转子涡扇发动机低压转子进行临界转速计算分析。三转子涡扇发动机低压转子跨距大,支点数目多,工作区间包含临界转速。在利用传递矩阵法进行临界转速估算过程中,分别计算了不同模型,不同支承刚度下转子临界转速。通过对比计算结果差异,得出了转子系统结构模型简化方式及支承刚性对转子临界转速的影响关系。     

高速透平膨胀机临界转速的计算与分析

为了保障高速透平膨胀机的稳定性,针对高速透平膨胀机转子临界转速的确定问题,分别讨论了Prohl递推法、Riccati传递矩阵法和有限元QZ(FEQZ)法在各向异性的弹性支承轴承转子系统阻尼临界转速计算中的优缺点.考虑到透平膨胀机实际的结构和应用情况,建议气体轴承支承高速透平膨胀机转子临界转速的计算方法采用FEQZ法,同时运用Matlab语言分模块设计了计算程序,大大简化了编程过程,提高了计算精度.在此基础上,通过在实际工况参数范围内的实例,分析了某透平膨胀机转子支承刚度和阻尼对转子系统阻尼临界转速的影响,并与工程实验数据进行了对照,从而验证了模型与分析计算的可靠性.     

转子临界转速无极调节支承的设计与分析

转子系统支承刚度对转子系统的临界转速有很大影响,由此推出一种转子整体刚度可调节的新型转子支承系统.本系统设计了四轴联动机构、对称式弹性机构以及变刚度机构,可以对转子系统进行精确定位,增加转子系统的稳定性,延长转子系统的寿命,并且该支承可对转子支承的整体刚度进行调节,从而对转子系统的临界转速进行控制.在这种新型的支承方式下,运用传递矩阵法对支承机构转子系统的临界转速可调节性作了理论分析,并运用有限元法以及试验方法对其分析结果作了相应验证.结果证明该新型转子支承系统可有效地调节转子系统的临界转速.     

不同模量比对复合材料储能飞轮强度的影响

以材料的环向与径向模量比λ作为参量,利用ANSYS有限元分析软件,对给定尺寸不同材料的单层及双层异构复合材料飞轮转子进行强度计算,得出飞轮转子在高速旋转时的径向和环向应力分布规律。进而利用强度比方程求解各种结构的强度比,分析材料参数对飞轮转子强度的影响。     

基于有限元的多转子串联轴系扭转振动特性分析

以石化行业中典型三机组为对象,采用有限元方法分析了多转子串联轴系扭转振动特性.应用Dyrobes软件,采用积木式建模思想,构建了典型三机组扭转振动有限元实体模型,并分析了轴系扭转振动的Campbell图以及临界转速与振型等特性,结果表明多转子串联轴系的扭转共振临界转速点有效地避开了工作转速的±10%,以及二倍频与各阶临界转速的交点均不在工作转速安全裕值范围内,符合API工程标准.该方法建模简单、直观,可为多转子串联轴系转子的设计及机组安全运行提供理论及技术支持.     

多层混杂复合材料飞轮力学设计与旋转试验

高速复合材料飞轮是飞轮储能技术的发展趋势,而纤维缠绕型飞轮径向强度低、易脱层。该文将多层层间混杂飞轮发展为多层层内混杂飞轮,在飞轮径向实现压应力,解决了径向脱层问题。基于混合律得到材料的弹性常数,建立单层和多层复合材料飞轮的力学方程,考察横向拉伸模量对应力与变形的影响。设计并制作了6层层间混杂飞轮,并基于频闪光源同步转子的变形光学测量方法完成了旋转变形测试。结果表明:混杂设计方法灵活可行,变形测试方法测量结果与理论值符合程度较高。     

四跨转子应用调谐质量吸振器抑制临界转速振动实验研究

为解决多跨串联转子在升速降速过程中经过转子的临界转速区域会产生严重振动的问题,设计了一种新型质量调谐吸振器,搭建了四跨转子实验台并进行了实验研究。根据转速信号对四跨转子轴系进行有开关控制吸振器的振动控制研究,在转子过临界时吸合相应转子上吸振器的电磁铁,使吸振器的固有频率与转子临界转速对应的频率一致。结果表明,新型调谐质量吸振器能够有效抑制四跨转子过临界时的振动,同时避免了由吸振器产生的新共振对转子的影响,使四跨转子轴系在全转速范围内保持较低的振动幅值。     

磁流变阻尼器多目标靶向抑制四跨转子轴系过临界转速振动实验研究

针对四跨转子轴系过临界转速易发生振动过大且各跨转子之间耦合振动复杂的问题,研究了基于磁流变阻尼器的多目标靶向在线振动控制方法。搭建四跨转子轴系实验台,设计新型磁流变阻尼器并应用于自主开发的多目标靶向在线控制系统。模拟试车过程,研究了通入磁流变阻尼器内不同大小电流时,四跨转子轴系各跨转子振动的变化情况;由于四跨转子轴系过临界转速时耦合振动剧烈,因此提出基于转速的多目标靶向在线控制方法,采用在轴系中各跨转子临界转速附近开启、非临界转速关闭阻尼器的靶向分段控制策略,来实现在线抑制转子轴系过各阶临界转速时的振动。结果表明：磁流变阻尼器能抑制各跨转子过临界转速时的振动,且电流较大时抑振效果较好;应用带有多目标靶向在线控制系统的磁流变阻尼器能使四跨转子轴系在全转速范围振动较小,运行平稳。     

车载飞轮电池转子动力学建模与分析

针对车载飞轮电池安装基础运动的特点,本文利用子结构分析的方法,建立了飞轮电池的转子-安装基础动力学模型,提出了安装基础动力学与转子动力学模型的融合方法,并分析了飞轮转子在路面输入引起基础振动变化情况下的动力学特性,从而为车载飞轮电池转子动力学设计提供了理论和计算基础。