高速旋转圆盘片振动特性与失稳抑制研究

发布时间：2017-05-19 13:03

  本文关键词：高速旋转圆盘片振动特性与失稳抑制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为旋转机械中的典型结构，旋转圆盘片在工程中有着广泛应用，对高速旋转圆盘片系统及其附属结构开展振动特性研究和性能改进具有重要学术意义和工程应用价值。针对高速旋转柔性圆盘片工作中的机械振动问题，本文理论与实验相结合地研究了高速旋转柔性圆盘片的基本振动原理和特性，理论上探讨了基于内缘温升热应力来提升柔性圆盘片临界转速并改善其振动稳定性的措施。 首先，本文对单一旋转圆盘片进行研究，建立旋转圆盘片的数学模型，并根据应用背景设定相应边界条件。对得到的旋转圆盘片偏微分方程及其边界条件进行周向傅里叶级数展开和径向有限单元法处理，推导得到盘片的振动常微分方程组。数值分析不同转速下旋转圆盘片的固有频率特性、基本模态振型和不同厚度下的临界转速特性，研究旋转圆盘片的自由和脉冲响应、重力作用下的稳态变形、空气提升力对其振动特性影响。 其次，开展旋转圆盘片的振动测试实验，研究旋转圆盘片在不同转速下的振动特性。设计实验方案，搭建实验台，，对实验中的主要仪器和设备进行标定，包括电机的转速标定与位移传感器的位移标定。利用电磁铁对不同转速下的旋转圆盘片进行脉冲激励，使用拾音器与位移传感器对旋转圆盘片的声学和振动响应进行数据采集，最后对实验数据进行傅里叶变换处理，得到旋转圆盘片振动频率随转速变化的曲线，研究和验证理论分析方法的正确性。 最后，建立受滑块约束作用旋转柔性圆盘片的热弹性耦合动力学方程和热传导方程数学模型以及对应边界条件。公式推导求解旋转柔性圆盘片的温度分布、热应力和振动位移，得到圆盘片系统的固有频率与稳定性参数。继续分析内缘温升热应力对处于不同条件下旋转圆盘片系统振动特性的影响，探讨内缘温升对旋转圆盘片临界转速提升以及气弹、参数、热弹和复合失稳的抑制效果。 本文研究工作对认识高速旋转柔性圆盘片的基本振动特性和改善其运行性能具有一定的理论意义。
【关键词】：旋转圆盘片 振动特性 临界转速 振动测试 热应力 失稳抑制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究的目的和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 盘式制动器制动过程的科学研究14-16
• 1.2.2 圆锯片锯切过程中出现振动及噪声的研究16-17
• 1.2.3 机械硬盘存取数据时出现振动及噪声现象的研究17-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 1.3.1 旋转圆盘片动力学模型与基本振动特性19
• 1.3.2 旋转圆盘片振动特性的实验研究19
• 1.3.3 高速旋转圆盘片的失稳抑制理论研究19-21
• 第2章 旋转圆盘片动力学模型与基本振动特性21-63
• 2.1 旋转圆盘片横向振动方程的建立21-23
• 2.1.1 旋转圆盘片数学模型的建立21-22
• 2.1.2 单一旋转圆盘片边界条件的设定22-23
• 2.2 旋转圆盘片振动方程的离散化处理23-27
• 2.2.1 圆盘片振动方程的空间离散化处理24-26
• 2.2.2 推导旋转圆盘片动力学方程26-27
• 2.3 旋转圆盘片固有频率与振型分析27-39
• 2.3.1 推导旋转圆盘片固有频率27-29
• 2.3.2 旋转圆盘片固有频率的数值分析29-37
• 2.3.3 圆盘片固有频率的理论验证37-39
• 2.4 旋转圆盘片振动响应分析39-46
• 2.4.1 圆盘片振动模态分析39-40
• 2.4.2 圆盘片振动的自由响应40
• 2.4.3 圆盘片振动的脉冲响应40-41
• 2.4.4 旋转圆盘片受重力作用的稳态变形分析41-42
• 2.4.5 圆盘片振动数值分析42-46
• 2.5 旋转圆盘片固有频率的拟合分析46-50
• 2.5.1 圆盘片固有频率拟合方法推导46-47
• 2.5.2 数值计算与收敛性分析47-50
• 2.6 空气对圆盘片振动的影响50-55
• 2.6.1 空气作用力对圆盘片振动的理论分析50-52
• 2.6.2 空气作用力对圆盘片振动影响的数值分析52-55
• 2.7 圆盘片静态初始变形特性分析55-60
• 2.8 本章小结60-63
• 第3章 旋转圆盘片振动特性的实验研究63-95
• 3.1 实验方案与装置63-64
• 3.2 实验仪器标定64-77
• 3.2.1 电机的转速标定64-70
• 3.2.2 位移传感器的位移标定70-77
• 3.3 旋转圆盘片振动实验77-92
• 3.3.1 实验测试过程80-82
• 3.3.2 分段实验数据分析82-88
• 3.3.3 全部实验数据分析88-92
• 3.4 本章小结92-95
• 第4章 高速旋转圆盘片的失稳抑制理论研究95-111
• 4.1 旋转圆盘片系统动力学模型建立95-98
• 4.1.1 受滑块约束作用的旋转圆盘片振动模型95-96
• 4.1.2 圆盘片热弹性动力学方程的建立及其边界条件96-98
• 4.2 旋转圆盘片系统动力学模型求解98-102
• 4.2.1 受固定滑块作用圆盘片振动位移求解99-101
• 4.2.2 圆盘片系统固有频率和动力学稳定性求解101-102
• 4.3 数值计算及结果讨论102-110
• 4.3.1 旋转圆盘片内缘温升对气弹失稳的抑制作用102-104
• 4.3.2 旋转圆盘片内缘温升对参数失稳的抑制作用104-106
• 4.3.3 旋转圆盘片内缘温升对热弹失稳的抑制作用106-108
• 4.3.4 旋转圆盘片内缘温升对复合失稳的抑制作用108-110
• 4.4 本章小结110-111
• 第5章 结论与展望111-113
• 5.1 结论111-112
• 5.2 不足与展望112-113
• 参考文献113-119
• 附录119-129
• 作者简介129-130
• 致谢130

【参考文献】

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1 欧阳华江;顾元宪;杨海天;;A DYNAMIC MODEL FOR A DISC EXCITED BY VERTICALLY MISALIGNED,ROTATING,FRICTIONAL SLIDERS[J];Acta Mechanica Sinica;2004年04期

2 杨红义;潘静;杨红梅;;基于ANSYS圆锯片动态性能研究[J];林业机械与木工设备;2010年04期

3 符阳;钱科;郭春林;;带式输送机盘式制动器制动失效分析[J];煤矿机械;2010年04期

4 刘召伟;李远;徐西鹏;;辅助控制器对金刚石圆锯片锯切噪声的影响实验研究[J];金刚石与磨料磨具工程;2012年05期

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本文编号：378744