气浮轴承支持的复杂转子系统非线性动力学行为分析
发布时间：2021-02-21 22:57
旋转机械是工业部门中应用最广泛的一类机械设备,转子—轴承系统作为旋转机械的核心部件,在工业各个重要领域发挥着无可替代的作用。为满足现代工业不断发展的需求,旋转机械向着高速、复杂的方向发展,其非线性动力学行为变得十分复杂。传统的将转子—轴承系统简化为少数几个集中质量的模型的处理方法已不再适用。基于此,本文讨论了实际轴承—复杂转子系统的分析方法并分析了其动力学行为。首先,采用有限元方法建立了刚性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统和弹性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统的有限元模型。然后,针对转子—轴承系统的局部非线性特点基于固定界面部件模态综合法对非线性振动方程降维,使刚性支承系统自由度数由原来的60个降到12个,弹性支承系统由64个降到16个。降维之后,利用Newmark方法对降维系统进行数值求解,分析了轴承转子系统随不同参数变化而出现的非线性动力学现象,结果表明:系统存在丰富的复杂动力学行为;相似结构的分岔类型基本一致,但随着圆盘质量的增加分岔提前,失稳转速随之降低;适当刚度的弹性支承的加入,能有效地提高系统运动稳定性。
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弹性支承转子系统结构简图
对前面的滑动轴承一转子系统，在其轴承和固定机架之间加上弹性支承和阻尼，弹性支承刚度系数为k，阻尼系数为。，轴承质量为m0，图3.4为其结构简图，有限元计算模型如图3.5所示。二二 二开开行行图3.4弹性支承转子系统结构简图图3.5弹性支承转子系统有限元模型为建立弹性支承一滑动轴承一转子系统的运动微分方程将此系统划分为两个子结构。子结构A由弹性轴段和转盘组成，见图3.6;子结构B由弹性支承和等效轴承质量组成，见图3.7。图3.6子结构A图3.7子结构B子结构A的运动微分方程在上节已经详述。子结构B的运动微分方程为:m0无+改+欣=0根据子结构A与子结构B之间界面自由度的协调性(子结构A与子结构B之间由同一非线性气膜力相联系)，可将子结构的运动方程综合成整个系统的运动微分方程。3.4气浮轴承转子系统降维分析本文采用固定界面模态综合法对系统进行降维处理。其主要思想是将系统的自由度划分为线性及非线性自由度，依此对质量阵、刚度阵、阻尼阵作相应的分块处理，并将非线性自由度定义为界面自由度，线性自由度定义为内部自由度，
江苏大学硕士学位论文1.关于转速的计算结果图4.3.1为轴颈中心在y方向关于转速的分岔图。从分岔图可以看出，随着转速的升高，系统存在丰富的动力学行为。图4.3.1关于转速的分岔图当转速几二12000r/inin时轴颈中心轨迹为一个椭圆，庞加莱映射图为一个孤立点，幅值谱图上只有一条离散谱线，见图4.3.2。此时转子的不平衡力对系统的作用处于主导地位，转子系统作周期运动，转子的振动为工频振动，窝动频率与转动频率相等，即转子作同步涡动。随着转速的升高，当转速达到几=14100;/min时，在非线性气膜力的作用下，转子同步振动开始倍周期分岔，出现了2周期运动
【参考文献】：
期刊论文
[1]非稳态油膜力作用下轴承-转子系统非线性动力学行为研究[J]. 孙保苍,周传荣,陈章耀. 机械科学与技术. 2003(05)
[2]Non-synchronous response bifurcation analysis for a rigid bearing system using oil film forces database[J]. 陈照波,焦映厚,夏松波,黄文虎. Journal of Harbin Institute of Technology. 2000(02)
[3]转子-轴承系统非线性动力学行为的研究[J]. 焦映厚,陈照波,夏松波,黄文虎,张直明. 中国机械工程. 2000(06)
[4]轴承-转子系统分岔参数的分维数识别法[J]. 赵玉成,袁树清,肖忠会,许庆余. 应用数学和力学. 2000(02)
[5]非线性转子—SFD支承系统的分叉[J]. 赵永辉,王莉,邹经湘. 航空动力学报. 1999(04)
[6]结构对称的SFD—柔性转子系统双稳态现象发生规律研究[J]. 陈照波,焦映厚,夏松波,刘占生,蒋书运. 航空动力学报. 1999(04)
[7]考虑非线性油膜力的转子系统稳态响应的研究[J]. 李晓峰,王立平,史铁林,杨叔子. 华中理工大学学报. 1999(06)
[8]气体润滑轴承技术的应用及发展趋势[J]. 李树森,张鹏顺,曲全利. 润滑与密封. 1999(02)
[9]连续转子系统的非线性动力学模型[J]. 王立平,李晓峰,史铁林,杨叔子. 汽轮机技术. 1999(02)
[10]非线性不平衡轴承转子系统全局特性及其稳定性准则的研究[J]. 刘恒,虞烈,谢友柏,姚福生. 机械工程学报. 1999(02)
本文编号：3045045
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
弹性支承转子系统结构简图
对前面的滑动轴承一转子系统，在其轴承和固定机架之间加上弹性支承和阻尼，弹性支承刚度系数为k，阻尼系数为。，轴承质量为m0，图3.4为其结构简图，有限元计算模型如图3.5所示。二二 二开开行行图3.4弹性支承转子系统结构简图图3.5弹性支承转子系统有限元模型为建立弹性支承一滑动轴承一转子系统的运动微分方程将此系统划分为两个子结构。子结构A由弹性轴段和转盘组成，见图3.6;子结构B由弹性支承和等效轴承质量组成，见图3.7。图3.6子结构A图3.7子结构B子结构A的运动微分方程在上节已经详述。子结构B的运动微分方程为:m0无+改+欣=0根据子结构A与子结构B之间界面自由度的协调性(子结构A与子结构B之间由同一非线性气膜力相联系)，可将子结构的运动方程综合成整个系统的运动微分方程。3.4气浮轴承转子系统降维分析本文采用固定界面模态综合法对系统进行降维处理。其主要思想是将系统的自由度划分为线性及非线性自由度，依此对质量阵、刚度阵、阻尼阵作相应的分块处理，并将非线性自由度定义为界面自由度，线性自由度定义为内部自由度，
江苏大学硕士学位论文1.关于转速的计算结果图4.3.1为轴颈中心在y方向关于转速的分岔图。从分岔图可以看出，随着转速的升高，系统存在丰富的动力学行为。图4.3.1关于转速的分岔图当转速几二12000r/inin时轴颈中心轨迹为一个椭圆，庞加莱映射图为一个孤立点，幅值谱图上只有一条离散谱线，见图4.3.2。此时转子的不平衡力对系统的作用处于主导地位，转子系统作周期运动，转子的振动为工频振动，窝动频率与转动频率相等，即转子作同步涡动。随着转速的升高，当转速达到几=14100;/min时，在非线性气膜力的作用下，转子同步振动开始倍周期分岔，出现了2周期运动
【参考文献】：
期刊论文
[1]非稳态油膜力作用下轴承-转子系统非线性动力学行为研究[J]. 孙保苍,周传荣,陈章耀. 机械科学与技术. 2003(05)
[2]Non-synchronous response bifurcation analysis for a rigid bearing system using oil film forces database[J]. 陈照波,焦映厚,夏松波,黄文虎. Journal of Harbin Institute of Technology. 2000(02)
[3]转子-轴承系统非线性动力学行为的研究[J]. 焦映厚,陈照波,夏松波,黄文虎,张直明. 中国机械工程. 2000(06)
[4]轴承-转子系统分岔参数的分维数识别法[J]. 赵玉成,袁树清,肖忠会,许庆余. 应用数学和力学. 2000(02)
[5]非线性转子—SFD支承系统的分叉[J]. 赵永辉,王莉,邹经湘. 航空动力学报. 1999(04)
[6]结构对称的SFD—柔性转子系统双稳态现象发生规律研究[J]. 陈照波,焦映厚,夏松波,刘占生,蒋书运. 航空动力学报. 1999(04)
[7]考虑非线性油膜力的转子系统稳态响应的研究[J]. 李晓峰,王立平,史铁林,杨叔子. 华中理工大学学报. 1999(06)
[8]气体润滑轴承技术的应用及发展趋势[J]. 李树森,张鹏顺,曲全利. 润滑与密封. 1999(02)
[9]连续转子系统的非线性动力学模型[J]. 王立平,李晓峰,史铁林,杨叔子. 汽轮机技术. 1999(02)
[10]非线性不平衡轴承转子系统全局特性及其稳定性准则的研究[J]. 刘恒,虞烈,谢友柏,姚福生. 机械工程学报. 1999(02)
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