• 2018年第16卷第6期文章目次
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    • 转子动力学研究进展

      2018, 16(6):481-482. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-075

      摘要 (1054) HTML (0) PDF 273.59 K (1164) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.

    • 球轴承非线性动态刚度特性及其复杂共振行为研究

      2018, 16(6):483-489. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-058

      摘要 (1269) HTML (0) PDF 1.95 M (1421) 评论 (0) 收藏

      摘要:滚动轴承由于其低阻尼、大过载和小体积等特点是航空发动机、铁路货车、舰船发动机等旋转机械的主要支承件.变柔度(varying compliance,VC)振动是由滚动体公转引起的一种不可避免的时变刚度参激振动.赫兹接触支承刚度给球轴承及其支承转子系统带来的滞后VC共振现象在相关研究中被大量发现.滞后突跳振动不但影响到转子系统的运行稳定性与安全性,而且其冲击作用也是轴承等系统元件裂纹及疲劳破坏的重要诱导因素.本文将通过分析球轴承动态时变刚度特性,拟提出一种采用系统动态固有频率估算球轴承VC共振区间的方法.在此基础上,探讨系统动态刚度特性与主共振区间复杂运动分岔行为的内在关联,发现当系统不同自由度方向上的固有频率值接近1〖DK〗∶2比例关系时,系统可能产生强烈的内共振,进而诱发响应的周期倍化分岔甚至准周期、混沌振动.该研究对球轴承复杂共振响应的控制具有潜在的理论意义和工程价值.

    • 基于6DOF模型及动网格的动静压轴承刚度阻尼数值计算

      2018, 16(6):490-495. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-063

      摘要 (1012) HTML (0) PDF 2.42 M (957) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统雷诺方程求解三维油膜流场特性的局限性,提出基于6DOF模型及动网格的动静压轴承刚度阻尼计算方法.以具有典型结构形式的液体动静压轴承为例,通过加载6DOF自定义程序,采用非线性迭代方法计算外载荷作用下轴心轨迹的瞬态变化过程,得到轴颈在外载荷作用下的静平衡位置;通过嵌入UDF宏程序以动网格更新方法实现对轴颈在静平衡位置的扰动,求解Navier-Stokes方程得到轴颈扰动前后位置变化后的瞬态油膜力,利用差分法求得动静压轴承油膜刚度和阻尼,并分析了不同转速下轴承刚度和阻尼的变化规律.

    • 带有星型齿轮传动结构的转子系统不平衡耦合振动分析

      2018, 16(6):496-505. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-083

      摘要 (922) HTML (0) PDF 5.69 M (696) 评论 (0) 收藏

      摘要:齿轮传动风扇发动机(GTF)的低压转子系统由于带有星型齿轮传动结构,使得其具有有别于传统发动机的动力学特性,因此由于这种齿轮柔性转子耦合系统而产生的振动问题更为复杂.本文基于该低压转子的结构特点,建立了具有星型齿轮传动结构的三支点转子系统有限元模型,通过对高速转子轮盘施加偏心质量,研究不平衡矢量激励下转子系统的耦合振动特性,并进行了相关试验分析.结果表明:在双盘不平衡激励下,由于不平衡之间耦合效应,转子系统各轴段均存在振动减弱的情况.并且与中心齿轮相比,环形齿圈与游星齿轮之间的啮合力更大,且受不平衡初始相位的影响更显著.此外,当相位差为180°时,不平衡对转子系统的危害较大.

    • 低速轴向气流中曲壁板的稳定性及分岔分析

      2018, 16(6):506-513. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-064

      摘要 (782) HTML (0) PDF 3.02 M (762) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文研究了带有初始曲率的二维曲壁板在低速轴向气流中的稳定性及分岔问题.基于薄翼理论获得了作用在曲壁板上的气动力,并设计了风洞实验以验证该理论气动力的准确性.采用Galerkin方法将非线性运动方程离散成常微分方程组;利用牛顿迭代法求解壁板的静变形;在参数区间内分析了系统的分叉结构.结果表明:本文给出的气动力理论计算结果与实验吻合良好;静态气动力会破坏系统的对称性;在来流动压超过临界值后,曲壁板会发生非对称的静态分岔并出现新的稳定及不稳定的平衡态;系统临界来流动压随面内拉力(压力)的增加而增加(减小),而随初始曲率的增加呈现先增大后减小的规律;系统在不同参数区域内存在四种典型的分岔行为;系统的响应与来流动压及初值有关.

    • 鼠笼局部断裂的刚度特性及其转子动力学特性分析

      2018, 16(6):514-519. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-084

      摘要 (803) HTML (0) PDF 2.25 M (798) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对带有局部断裂的鼠笼刚度特性以及其支承的转子系统动力学特性开展研究.首先基于力学分析推导了鼠笼局部断裂刚度理论计算公式.其次,基于带有局部断裂的鼠笼有限元模型进行其刚度计算,并采用最小二乘法对有限元刚度计算结果进行分析,提出了鼠笼局部断裂后的拟合经验刚度公式,通过对比分析得出局部断裂对鼠笼刚度特性的影响.最后,建立带有鼠笼局部断裂的两支点弹性支承转子系统的动力学模型,并仿真获得了带有鼠笼局部断裂转子系统的固有特性和振动响应的变化规律.结果表明:鼠笼局部断裂导致其刚度下降以及支承刚度不对称,引起转子系统临界转速下降,且水平、垂直振动有差异,轴心轨迹呈椭圆形.

    • 轴承预紧力对转子系统静动态特性的影响

      2018, 16(6):520-525. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-044

      摘要 (726) HTML (0) PDF 2.23 M (735) 评论 (0) 收藏

      摘要:轴承预紧力的大小直接影响到滚动轴承-转子系统的静动态特性. 综合考虑离心力和陀螺力矩效应,在Romax软件中建立了5自由度轴承-转子系统动力学模型,分析了预紧力对轴承刚度、工作接触角以及工作寿命的影响,并搭建了轴承转子系统试验台做验证试验. 在不同轴承预紧力下,分别研究了轴承刚度、工作接触角、工作寿命、静载荷作用下轴承转子系统的静变形以及动不平衡载荷作用下主轴系统的振动响应等,并在轴承-转子试验台上进行试验验证,得到了轴承预紧力与这些因素的关系曲线. 在此基础上,研究了预紧力对转子系统固有频率的影响,结果表明加大预紧力有助于提高系统的固有频率. 研究结果可为轴承-转子系统的设计与分析提供理论参考.

    • 基于HB-AFT算法的阵发性混沌振动研究新方法

      2018, 16(6):526-532. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-047

      摘要 (1006) HTML (0) PDF 1.85 M (942) 评论 (0) 收藏

      摘要:阵发性振动最早用来阐述流体中的层流被湍流无规则扰动的现象.在非线性动力学领域,阵发性指的是系统时域响应随着参数的变化出现规则与不规则运动之间伪随机交替的运动特征.响应的阵发性是非线性动力学系统随分岔参数变化进入混沌运动的一种典型途径.不过,对于非线性系统阵发性混沌现象,由于其参数敏感性和动力学行为演化的复杂性,研究手段还有待丰富.半解析半数值的谐波平衡频时转换(Harmonic balance and alternating frequency/time domain,简称HBAFT)方法可以避开传统方法对于复杂非线性项的积分或者级数展开等处理过程,能够快速而精确地求得系统的谐波解.本文基于HBAFT方法,结合Floquet稳定性理论,给出一套非线性动力系统阵发性混沌演化的研究的半解析方法.并以经典的单频激励Duffing系统为例,对其全局周期解分支及其失稳特性进行分析,阐明了该系统一种阵发I型混沌行为的动力学演化机制.

    • 弹支-刚性转子系统过共振瞬态响应特性研究

      2018, 16(6):533-538. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-080

      摘要 (623) HTML (0) PDF 1.49 M (711) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对结合弹支-刚性转子系统的动力学特点,利用Lagrange能量法建立了考虑变速特性的转子系统瞬态响应动力学方程,模型中区别考虑了非旋转阻尼和旋转阻尼的影响.采用精细积分算法计算获得过临界区的转子瞬态响应特性,进一步对比分析了角加速度和阻尼特性对转子系统瞬态振动响应幅频特性和相频特性的影响规律.研究结果表明:变转速引起系统的刚度矩阵变化并产生附件的激励力;瞬态过共振响应幅值明显小于稳态响应幅值,且过共振越快速、阻尼越大时系统瞬态振动响应幅值越小.针对过瞬态相频特性,在临界转速附近出现一个新的相位角(加速过共振小于90°),此相位不受角加速度值和旋转阻尼比的影响,但随着非旋转阻尼比的增大呈增大趋势.

    • 动力吸振器对转子系统气流激振稳定性影响分析

      2018, 16(6):539-544. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-061

      摘要 (634) HTML (0) PDF 2.24 M (690) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对气流激振引起离心压缩机转子振动失稳的问题,提出了采用动力吸振方法提高转子系统的稳定性.首先建立流体激励作用下转子吸振系统动力学模型;其次采用Lyapunov理论研究附加吸振器后流体激励作用下转子系统的稳定性;分析了吸振器参数变化对转子系统稳定性的影响;最后采用数值方法进行验证.结果表明,动力吸振方法能够有效地提高转子系统失稳转速,吸振器固有频率和阻尼比对转子稳定性有较大的影响.

    • 弹性箔片轴承-盘式永磁电机转子系统轴向冲击响应

      2018, 16(6):545-553. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-059

      摘要 (693) HTML (0) PDF 2.41 M (690) 评论 (0) 收藏

      摘要:轴向磁通永磁(Axial Flux Permanent Magnet,AFPM)电机在给转子输出周向电磁转矩的同时,还作为一种“磁轴承”,与弹性箔片轴承(Gas Foil Bearings,GFBs)并联工作.当GFBs支承的单定子单转子AFPM电机转速发生突变时(如加、减速),叶轮或者透平会产生一个瞬时轴向力.为揭示此轴向冲击对转子系统振动的影响机理,针对采用2个径向GFBs和1个轴向GFB支承的单定子单转子AFPM电机,建立了系统的刚性转子动力学方程,计入了永磁体的轴向吸力、径向回复力以及轴向GFB的推力对转子振动的影响.计算显示:轴向冲击对横向振动的影响非常小,箔片结构刚度的非线性效应会对转子振荡幅值和时间均产生影响,永磁体的负刚度绝对值越大,轴向振幅越大.在设计时,要注意永磁轴承刚度、箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配,以保证转子在轴向冲击下的轴向振荡时间和振幅均不超过允许值.

    • 航空发动机高压转子-滚动轴承系统非线性动力响应分析

      2018, 16(6):554-560. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-051

      摘要 (727) HTML (0) PDF 1.87 M (756) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于有限元方法建立了航空发动机高压转子滚动轴承系统的高维动力学模型,该模型考虑滚动轴承的非线性支撑力,转子的剪切变形、陀螺力矩和转动惯量.利用自适应步长Newmark-β方法计算了转子随转速变化的不平衡响应,得到了不同转速区间转子的振动特征.针对低转速区出现的VC(Varying Compliance)振动现象,计算分析了不同转速下转子不平衡量、轴承游隙对VC振动幅值的影响.结果表明:随着转速的升高,VC振动幅值先减小再增大,之后再减小直至基本消失;增大轴承游隙会使转子VC振动幅值增大,而转子VC振动幅值对不平衡量的变化并不敏感.

    • 不平行接触下的螺栓连接刚度及其转子动态特性

      2018, 16(6):561-567. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-082

      摘要 (963) HTML (0) PDF 2.91 M (595) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对航空发动机的典型螺栓连接结构,以高温合金螺栓连接为对象,提出了考虑螺栓端头支撑面不平行接触下的连接刚度演化机理及其对转子模态的影响规律.将螺栓与被连接件各结合面的几何误差表征为螺栓端头的不平行接触,建立了拧紧过程和轴向加载过程仿真模型.通过改变支撑面的不平行度模拟几何偏差的影响,分析了不平行度从0°到2°时的连接结构力学性能,揭示了非理想接触下螺栓预紧力的变化规律以及应力分布规律,建立了考虑连接结构不平行度的转子模态仿真模型,揭示了连接刚度不均匀分布下的转子模态变化规律,为转子连接结构的设计及服役性能的评估提供参考.

    • 螺栓连接薄壁柱壳结构固有特性分析

      2018, 16(6):568-574. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-081

      摘要 (1139) HTML (0) PDF 3.99 M (662) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文以螺栓连接的薄壁柱壳结构为研究对象,基于ANSYS有限元分析软件,建立其精细有限元模型,并采用基于接触的预应力法分析系统的固有特性,通过与模态实验得到的系统振型和固有频率结果进行对比,验证所建模型的有效性和准确性,并在此基础上,分析系统转速和螺栓预紧力对系统固有特性的影响.研究结果表明:随着转速和预紧力的增加,结合面的连接刚度和系统刚度增加,系统的前6阶固有频率不断增加;转速较低时,预紧力对系统的固有特性的影响占主导;预紧力足够大时,转速对系统的固有频率的影响占主导.

    • 滚动轴承的刚度分析方法与试验测定

      2018, 16(6):575-580. DOI: 10.6052/1672-6553-2018-085

      摘要 (690) HTML (0) PDF 2.05 M (702) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文基于Hertz接触理论建立轴承零件模型,在分析轴承零件受力的基础上,给出了轴承内部零件相互作用的具体表达式,分析了轴承载荷(轴向、径向、力矩载荷)对轴承接触应力和接触变形的影响,获得了滚动轴承整体五自由度刚度矩阵的表达形式.在滚动轴承加载试验台上,通过测量不同载荷作用下轴承的轴向位移与径向位移,获得了轴承的刚度特性,与轴承刚度理论计算结果对比,验证模型正确性.

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