带非线性支撑的转子有限元模型求解方法

作     者：韩兵兵 丁千 HAN Bingbing;DING Qian

作者机构：湖南第一师范学院数学与计算科学学院长沙410205 天津大学机械工程学院力学系天津300350 

出 版 物：《航空动力学报》 (Journal of Aerospace Power)

年 卷 期：2020年第35卷第12期

页      面：2616-2625页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51575378) 

主　　题：滚动轴承 挤压油膜阻尼器(SFD) 有限元柔性转子 非线性支撑 分岔图 

摘      要：用数值方法研究了非线性支撑的柔性转子系统的动学行为,提出了一种将有限元与非线性支撑结合的模型和求解方法。利用有限元法(FEM)构建转轴和转盘部分的模型,通过矩阵进行组合;利用离散元方法对包含滚动轴承和挤压油膜阻尼器(SFD)的支撑部分进行建模,此部分包含4个单元,分别为轴承内圈、外圈、SFD内圈和支撑鼠笼。有限元部分和离散元部分通过轴端节点相连,仿真过程中轴端位移传递给非线性支撑部分,支撑部分通过位移计算得到的非线性力反过来作用于有限元转子轴端部分。为了耦合求解有限元转子和非线性支撑组成的数学模型,提出了一种综合的迭代求解方法,克服传统的有限元求解方法对轴端隐性非线性支撑的求解局限性。由于转轴部分采用了Timoshenko梁单元建模,对比与简单转子模型,可以考虑陀螺力矩和轴的柔性特征,更能体现非线性支撑对振动真实影响。在建立的20个轴单元的有限元转子模型中,非线性响应更多体现在靠近非线性支撑的节点1和节点21处,响应频谱中靠近轴端的节点能体现出滚动轴承的2倍和3倍变柔振动频率。