考虑发动机基础激励的涡轮增压器转子动力学研究

考虑发动机的基础激励和非线性油膜力,建立了涡轮增压器转子-轴承系统的动力学模型,研究了涡轮增压器转子在偏心质量作用下的非线性动力学行为.用数值计算方法对系统的动态响应进行了仿真计算,研究了转子随转速变化的分叉规律以及基础激励对转子非线性动力学行为的影响.结果表明,基础激励会通过非线性油膜力显著地影响转子的动力学行为,且基础激励会降低转子开始发生油膜涡动的转速,但基础激励对转子动力学的影响主要体现在转子转速较低的阶段.     

气流激振对球轴承涡轮增压器转子动力学特性的影响

车用球轴承涡轮增压器气流激振力包括密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,分别应用Black模型和Alford模型,计算得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力。将计算结果代入模型进行仿真计算,得到密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。分别与临界转速实验结果、与未添加叶顶间隙气流激振力模型计算结果、未添加密封流体激振力和叶顶间隙气流激振力的计算结果进行对比分析,结果表明:密封流体激振力增加系统阻尼,降低球轴承涡轮增压器转子系统的振幅,提升系统的稳定性;气流激振增加系统交叉刚度,降低系统稳态响应振幅。     

加速度对涡轮增压器球轴承-转子系统动力学特性的影响

车用涡轮增压器转子系统具有高速、轻载荷、大柔性、小尺寸、多激励、变工况特点,球轴承涡轮增压器轴承-转子系统转速会在较大范围内频繁变动。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,建立考虑了密封结构和气流激振的球轴承涡轮增压器转子动力学模型,分析了不同加(减)速度下的球轴承涡轮增压器转子瞬态响应规律,并与该转子系统临界转速、稳态响应及临界转速实验结果进行对比分析,结果表明:球轴承涡轮增压器一阶临界转速随加(减)速度增大而减小,二阶临界转速随加(减)速度增大而增大;加(减)速下的球轴承涡轮增压器转子振幅在临界转速附近随加(减)速度增大而增大,非临界转速范围内变化不大。     

考虑密封影响的涡轮泵转子动力特性分析

结构复杂的涡轮泵转子上存在多处密封,考虑密封对转子动力特性的影响是必要的.利用D.W.Childs等提出的动力系数计算方法,计算了环形密封引起的附加刚度和阻尼;采用整体传递矩阵法,计算分析了某涡轮泵转子在不考虑密封、考虑密封主刚度和稳定性分析三种情况下的临界转速.本文计算得到的一阶临界转速与实际转子的情况相一致,计算方法适用于工程应用.     

船舶增压器静压气体轴承-转子系统动力学特性研究

针对船舶增压器实验台的静压气体轴承-转子系统,提出了一种流场与转子动力学的准动态耦合分析方法;采用CFD软件对静压气体轴承不同偏心率及转速下的静态承载力进行流场计算,依据计算结果拟合出气体轴承气膜支承力随偏心率和转速变化的非线性函数关系。采用有限元法建立了转子系统的动力学模型,对重力、不平衡力、气膜支承力作用下的转子系统动力学响应进行了耦合计算,获得了系统的临界转速和响应特性。在此基础上对船舶涡轮增压器轴承-转子系统进行了实验测试,验证了准动态耦合方法的有效性。研究结果表明,与传统采用线性气膜刚度相比,采用基于CFD计算的非线性气膜支承力能够更好的刻画气体轴承-转子系统的动力学特性。     

涡轮增压器转子的振动分析及故障诊断

某型汽车涡轮增压器高速转子正常工作时转速每分钟可达十万转，由于该涡轮增压器在使用及出厂实验过程中经常发生转静子碰磨故障，该故障危害严重一旦发生往往导致增压器设备完全报废。针对这一问题，对50多台涡轮增压器进行了振动测试，并对测量信号应用HP3567A进行了频谱分析。根据所测信号自功率谱、瀑布图以及阶次跟踪图的特点，确定了该转子的振动特点，找出其发生碰磨故障的主要原因，为产品的排故提供了依据。     

转子-轴承-密封系统非线性动力学特性研究

采用数值方法研究转速对转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的影响,采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示了转速变化对转子非线性振动的影响规律。     

含横向裂纹Jeffcott转子刚度及动力学特性研究

摘 要：以刚性支承的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,建立了不依赖于重力占优假设的动力学方程,在考虑裂纹张开区域对中性轴位置影响的基础上,利用中性轴理论研究裂纹的开闭规律,由截面惯性矩与惯性积得到开闭裂纹截面各方向刚度系数,详细讨论了不同裂纹深度和不同转速下系统的动力学行为。结果表明：裂纹的存在对截面的法向与切向刚度系数的影响较大,而耦合刚度系数则始终接近于零值;随着裂纹深度的增加,裂纹的开闭过渡过程越明显,系统响应的频谱图趋向复杂,高阶谐波分量更加明显;当转速等于一阶临界转速的分数倍时,系统的固有频率被激发,系统响应出现分数次共振现象。     

液体火箭发动机涡轮泵转子的新型动平衡方法研究

针对液体火箭发动机涡轮泵的运行特点,提出了利用起动过程的不平衡响应信息进行涡轮泵转子模态平衡的两种新方法。方法1将转子的前两阶模态不平衡分别等效为模态不平衡方位角和模态不平衡大小,在前两阶临界区内,通过转子的升速不平衡响应信息识别出对应阶模态不平衡方位角,然后利用各阶模态间的正交关系,添加合理的平衡试重组,通过两次升速起动过程完成转子前两阶模态的平衡;方法2引入了测点模态比的概念,在3圆平衡法的基础上,通过4次升速起动过程,完成了转子前两阶模态的平衡。最后通过模型实验对所提出的两种新型平衡方法进行了验证     

转子-轴承-密封系统的非线性动力学研究

将非线性油膜力模型Muszynska密封力模型相结合，综合研究转子一轴承一密封耦合系统在不平衡量激励下的非线性动力学特征。针对转速对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算，并利用系统轨迹图、Poincare映射和分叉图分析了耦合系统的非线性动力学特征。数值仿真表明，随着转速的变化，耦合系统呈现出复杂的动力学行为，产生了包括周期、倍周期、拟周期等丰富的振动现象，具有很强的非线性特征。     

转子-滚动轴承-机匣耦合系统中滚动轴承故障的动力学分析

针对实际的航空发动机转子系统,建立了含滚动轴承故障的转子-滚动轴承-机匣耦合模型.在模型中,考虑了机匣运动,弹性支承与挤压油膜阻尼的作用,同时,充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撵刚度变化而产生的变柔性(Varying Cbmpliance)VC振动.在此基础上,建立了耦合系统中滚动轴承外圈、内圈及滚动体的损伤动力学模型,并运用数值积分方法进行了动力学仿真与分析.结果充分表明了本文提出的转子-滚动轴承-机匣耦合系统及滚动轴承故障动力学模型的正确有效性.     

Failure analysis of an aero engine ball bearing

An aero engine failed due to the misalignment of the ball bearing fitted on the main shaft of the engine. The aero engine incorporates two independent compressors: a six-stage axial flow low-pressure compressor and a nine-stage axial flow high-pressure compressor. The bearing under consideration is a high-pressure-location bearing and is fitted at the rear of the nine-stage compressor. It was supposed to operate for at least 5000 h but failed catastrophically after 1300 h of operation and rendered the engine unserviceable. Unusually high stresses caused by misalignment and uneven axial loading resulted in the generation of fatigue crack(s) in the inner race. When the crack reached the critical size, the collar of the race fractured, causing subsequent damage. The cage also failed due to excessive stresses in the axial direction, and its material was smeared on the steel balls and the outer race.     

非线性转子－轴承系统的分叉

用快速Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法［１］结合Ｆｌｏｑｕｅｔ理论和数值积分方法，对采用短轴承模型的刚性Ｊｅｆｃｏｔｔ转子系统在较宽的参数范围进行分叉研究。计算结果表明，系统存在倍周期和Ｈｏｐｆ分叉。根据Ｆｌｏｑｕｅｔ乘数，得到了分叉转迁集并分析了润滑油粘度的变化对系统Ｈｏｐｆ分叉的影响。用数值方法得到系统在某些参数域中的分叉图、时间历程、相图、轨迹图以及Ｐｏｉｎｃａｒé映射和频谱图。数值积分结果验证了所得分叉转迁集的正确性，同时直观地显示了系统的某些运动状态。分析结果为定性地控制转子的稳定运行状态提供了理论依据。     

三轴承支撑不平衡转子非线性动力学研究

针对具有三个滑动轴承支撑的双跨弹性转子的非线性特点,建立了数学模型,用数值积分和庞加莱映射方法对采用短同承模型的该类转子系统动力学特性随某一参数变化时稳定性的改变进行了分析,计算结果表明,系统具有发生倍周期分叉、概周期的可能,用数值方法得到系统在某些域中的分叉图,直观显示了系统在某些参数域中的运行状态和轴承几何参数变化对系统动力特性的影响,数值分析结果为该类转子－－轴承系统的设计和运动状态控制提供了理论参考。     

转子—轴承—基础非线性动力学研究

在无限短转子－轴承的基础上，考虑基础在垂直方向的变形，通过分析油膜力，建立了转子－轴承－基础非线性动力学模型。当基础的刚度下降至一定值时，系统中存在内共振情形，结合现代非线性动力学理论和数值方法，研究了系统在临界点附近的复杂动力学行为。指出：当转速为２６７５ｒ／ｍｉｎ时，基础中会存在低幅值的调幅运动；当转速为３０００ｒ／ｍｉｎ时，基础中会存在高幅值的调幅运动，它远远超过了机组的允许振动幅值。本文的结果表明：基础的刚度与转子刚度之间产生内共振是机组出现异常振动的原因之一，在设计中应该避免这种情况     

弹性转子—轴承—基础系统的非线性振动研究

以转子动力学和非线性动力学理论为基础,针对非线性转子－轴承系统的具体特点,建立了采用短轴承模型的弹性转子－轴承－基础系统模型,并用数值积分和庞加莱映射方法对其在某些参数域中进行了非线性振动研究。对系统动力学特性随转速及偏心质量变化时的非线性行为进行了分析,计算结果显示,系统在某些参数域中可能发生倍周期分叉、概周期及混沌运动。用数值方法得到系统在特殊参数域中的分叉图、频谱图、相图、轴心轨迹、及率加莱映射图,并用分形几何理论对混沌系统的状态进行了判断。数值分析结果为该类转子－轴承系统的设计和安全运行提供了理论思考。     

Jeffcott裂纹转子动力特性的研究

本文采用适当的裂纹开闭模型,导出了固定坐标系中裂纹轴的刚矩阵,建立了水平Jeffcott裂纹转子的振动微分方程,并对其进行了仿真计算。数值仿真表明：裂纹转子的响应中出现2x、3x等倍频分量,并产生分数次共振现象。在超临界转速区,倍频分量很小,但在响应的相频特性图中2x、3x处相位变化很大。参数β和e^-主要影响1x谐波分量,对2x、3x等倍频分量影响很小。由于裂纹的存在,转子轨迹的中心也发生偏移。在临界速附近,转子运行过程中裂纹处于常开或常闭状态。一般情况,当转子的偏心e^-小于1时,裂纹在转子运行过程中总是时开时闭的。这些结论将有助于转子裂纹故障的监测和诊断。     

深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析

综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了深沟球轴承多体动力接触有限元模型;以显式动力学有限元法为基础,采用全积分单元算法控制沙漏,设置质量缩放系数缩减计算时间,对内圈施加不同转速时的深沟球轴承进行动力接触分析,得出了深沟球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。滚动体的最大和最小线速度分别出现在与内、外圈接触点上,各转速下滚动体与内圈接触的应力基本相同,滚动体与外圈接触的应力随转速增高而相应增大,滚动体与外圈间接触力的波动大于内圈,而滚动体与保持架间的作用力较小。研究表明,ANSYS/LS-DYNA是分析轴承运转过程动力接触问题十分有效的工具。     

旋翼/机身耦合问题的CFD/CSD分析方法

提出了一种高精度的直升机旋翼/机身耦合系统振动响应分析方法。通过非定常Euler/N-S方程与准定常气动力相结合的方法来进行弹性旋翼流场分析,利用CSD软件建立精细的机身三维结构有限元模型,用15自由度非线性中等变形梁单元来建立旋翼动力学模型,最后采用带配平的松耦合迭代方法求解系统响应。以某小型直升机为例,分析了悬停状态下机身典型位置的振动响应,计算结果与实验值吻合良好。研究了前飞速度和机身弹性运动对机身振动水平的影响,结果表明,在小速度和大速度前飞时,机身振动响应随前飞速度的增加而增大;在中等速度段,机体振动水平则基本保持不变。