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碰摩约束下柔性转子模态特性及其计算方法

航空学报 2020年第12期41卷 251-263页

作者：于平超陈果王存杨默晗南京航空航天大学民航学院南京211106 北京动力机械研究所北京100074

以航空发动机低压(LP)转子为代表的柔性转子,通常具有两端大质量、细长轴和长跨度支承的"弱刚度"结构力学特征,这使得碰摩产生的约束作用不可忽视,其将会导致柔性转子模态特性改变,进而造成临界转速等动力学目标偏于设计状态。本文以典... 详细信息

以航空发动机低压(LP)转子为代表的柔性转子,通常具有两端大质量、细长轴和长跨度支承的"弱刚度"结构力学特征,这使得碰摩产生的约束作用不可忽视,其将会导致柔性转子模态特性改变,进而造成临界转速等动力学目标偏于设计状态。本文以典型航空发动机低压柔性转子为对象,结合梁单元法提出了此类复杂转子在碰摩约束下的动力学建模方法;将谐波平衡思想与频域的自由度缩减技术结合,提出了相适用的非线性模态求解方法;在此之上基于ANSYS和MATLAB平台,建立了含碰摩约束的复杂转子非线性模态分析的一般流程。将方法应用到某型柔性转子系统,成功获得其模态特性,结果表明:碰摩约束使转子模态频率增加,且随转子振幅增加而增加,尤其是对风扇碰摩较为敏感的一阶弯曲模态,正/反进动模态频率变化率可达16%和29%,但模态频率的变化始终在特定区间内;碰摩对转子模态频率的影响程度与陀螺效应、转子振型及机匣刚度密切相关,但对摩擦系数不敏感。由于接触点处摩擦力做功影响,柔性转子各阶反进动模态阻尼在碰摩严重时小于0,反进动模态能发生失稳。

关键词：柔性转子碰摩谐波平衡非线性模态稳定性

含松动-碰摩耦合故障转子系统的动力学特性研究

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机械强度 2023年第2期45卷 290-295页

作者：伏永兵兰州交通大学机电工程学院兰州730070

建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真,得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图,重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研... 详细信息

建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真,得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图,重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研究表明,松动故障使得转子系统在较低转速进入碰摩运动;亚谐运动、概周期运动、混沌运动的转速区间增加,同时与之对应的最大碰摩力、松动支座振幅较大。较大的松动质量可以降低松动轴承支座的振动幅值,同时使得系统在低转速较长区间处于无碰摩的周期一运动,有利于系统在故障条件下处于稳定状态。

关键词：转子松动碰摩耦合故障

磁流变液阻尼器控制下贯流式机组轴系碰摩振动特性分析

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中国电机工程学报 2022年第2期42卷 693-701页

作者：张雷克唐华林王雪妮张金剑马震岳吴嵌嵌太原理工大学水利科学与工程学院山西省太原市030024 大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁省大连市116023 三江学院土木工程学院江苏省南京市210012

针对贯流式水轮发电机组轴系受多振源引发的振动问题,基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立综合考虑不平衡磁拉力、油膜力以及不平衡水力等外激励影响下的机组转子-转轮-轴承系统碰摩动力学模型。为抑制转轮叶片振动诱... 详细信息

针对贯流式水轮发电机组轴系受多振源引发的振动问题,基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立综合考虑不平衡磁拉力、油膜力以及不平衡水力等外激励影响下的机组转子-转轮-轴承系统碰摩动力学模型。为抑制转轮叶片振动诱发的碰摩故障,将一种电流调节式磁流变液阻尼器引入系统,采用数值方法研究有无磁流变液阻尼器在不同转速及转轮质量偏心下对转轮振动的抑制规律。结果表明:磁流变液阻尼器的存在使原本复杂的系统响应形式变得有序,能够减弱机组在转速变化过程中产生的振动,使转轮运动更为贴近同步周期运动形式;同时,可缩减因质量偏心变化造成的混沌行为并减小其振幅波动。磁流变液阻尼被动控制对贯流式水轮发电机组具有良好的适用性,可为贯流式机组轴系减振提供有益借鉴。

关键词：贯流式水轮发电机组转子-转轮-轴承系统磁流变液阻尼器碰摩振动特性

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碰摩转子—油膜轴承系统的全局动力学研究

铁道科学与工程学报 2021年第2期18卷 494-501页

作者：曾旭焱侍玉青刘军郭遥兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 甘肃省轨道交通装备系统动力学与可靠性重点实验室甘肃兰州730070 湖南工商大学计算机与信息工程学院湖南长沙410205

考虑滑动轴承的非线性油膜力和转定子的碰摩力,建立了含碰摩故障的单盘转子-滑动轴承耦合系统动力学模型。运用四阶变步长的龙格-库塔-基尔法获得系统的非线性响应,利用Poincaré型的简单胞映射法对转子系统进行了全局动力学分析。研究... 详细信息

考虑滑动轴承的非线性油膜力和转定子的碰摩力,建立了含碰摩故障的单盘转子-滑动轴承耦合系统动力学模型。运用四阶变步长的龙格-库塔-基尔法获得系统的非线性响应,利用Poincaré型的简单胞映射法对转子系统进行了全局动力学分析。研究结果表明:随着转子转速的增加,系统存在多个周期解共存以及周期解与混沌解共存现象。最后列举了转子系统在不良参数条件下,通过合理控制系统的初值条件而获得理想系统响应的运用。

关键词：转子-轴承系统滑动轴承转子动力学碰摩吸引域

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

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振动与冲击 2021年第12期40卷 236-245页

作者：张金剑张雷克吴嵌嵌马震岳太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 三江学院土木工程学院南京210012 大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁大连116023

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考... 详细信息

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。

关键词：水轮发电机组电磁激励碰摩弯扭耦合振动动、静偏心

航空发动机叶片/机匣碰摩超瞬态行为建模方法

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中国材料进展 2022年第5期41卷 383-387页

作者：董宇刘梅军杨冠军西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049

为了分析航空发动机叶片/机匣碰摩过程中的超瞬态摩擦热效应,基于有限元方法建立了叶片/机匣碰摩模型,研究了单次碰摩条件下界面的微区超瞬态摩擦热效应,并对模拟过程中空间尺寸与时间步长对模拟结果的影响进行探究分析。研究发现,由于... 详细信息

为了分析航空发动机叶片/机匣碰摩过程中的超瞬态摩擦热效应,基于有限元方法建立了叶片/机匣碰摩模型,研究了单次碰摩条件下界面的微区超瞬态摩擦热效应,并对模拟过程中空间尺寸与时间步长对模拟结果的影响进行探究分析。研究发现,由于叶片与机匣摩擦速度快、碰摩时间短,只在叶尖很小的范围内发生超瞬态传热,产生的摩擦热以分子量级进行传递。叶片/机匣碰摩模型建立过程中,网格尺寸划分过大、时间步长取值过大,会导致模拟结果不能真实反应碰摩过程的微区超瞬态热效应。为此,通过对建模过程中模型空间尺寸与时间步长的优化,得到了能够准确反映温度微区超瞬态特性的建模方法,阐明了网格尺寸与时间步长匹配对微区超瞬态行为的影响规律,为叶片-机匣碰摩模型的建立奠定了基础。

关键词：超瞬态行为碰摩叶片机匣

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不确定性激励下碰摩转子的振动响应识别

振动与冲击 2019年第18期38卷 122-127,200页

作者：王威甘春标浙江大学机械工程学院

应用伪周期替代数据算法分析受不确定性激励的碰摩故障转子振动响应,对故障信号进行识别和分类。在考虑非线性油膜力及碰摩力作用的基础上,建立有界噪声激励作用下碰摩故障转子系统动力学模型,对系统振动响应信号及其相应替代数据进行... 详细信息

应用伪周期替代数据算法分析受不确定性激励的碰摩故障转子振动响应,对故障信号进行识别和分类。在考虑非线性油膜力及碰摩力作用的基础上,建立有界噪声激励作用下碰摩故障转子系统动力学模型,对系统振动响应信号及其相应替代数据进行对比分析与识别,应用关联维数作为检验假设的判别统计量,并结合Poincaré截面图、最大Lyapunov指数及分岔图进行验证。结果表明,替代数据算法能够有效识别此类受随机不确定激励转子系统的周期占优与混沌占优响应信号,可进一步应用于受不确定性激励转子系统的信号识别与故障诊断研究。

关键词： Jeffcott转子不确定性激励碰摩替代数据法信号识别

航空发动机叶片/机匣碰摩热致变形与应力研究

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中国材料进展 2022年第4期41卷 296-303页

作者：刘梅军董宇杨冠军西安交通大学材料科学与工程学院金属材料强度国家重点实验室陕西西安710049

为分析航空发动机叶片/机匣碰摩热致变形与应力,基于有限元方法建立了叶片/机匣碰摩模型,研究多次碰摩下叶片/机匣的应力、形变、温度特征,并对碰摩热致变形的主导因素进行探究分析。研究发现,叶尖与机匣的碰摩会引起接触界面摩擦升温,... 详细信息

为分析航空发动机叶片/机匣碰摩热致变形与应力,基于有限元方法建立了叶片/机匣碰摩模型,研究多次碰摩下叶片/机匣的应力、形变、温度特征,并对碰摩热致变形的主导因素进行探究分析。研究发现,叶尖与机匣的碰摩会引起接触界面摩擦升温,不仅会改变界面温度状态,还将通过热变形引发叶片/机匣产生附加的热应变和热应力:界面摩擦热在改变温度的同时还会引发机匣和叶片的热膨胀应变,叶片受热后呈现伸长的趋势,机匣受热呈现局部向上拱起的趋势;在叶片旋转一周后,总体上机匣呈现朝向叶片拱起的趋势,而由于机匣向内拱起,导致叶尖变形不但没有伸长,反而受机匣挤压而缩短,同时在宽度方向上膨胀。叶片和机匣碰摩受热后的叠加作用结果是在叶尖与机匣间产生附加压应力,同时热致应变应力的产生主要源自于机匣摩擦热,因此,机匣摩擦热是引发纵向位移、纵向应力的主要来源。

关键词：热致变形热致应力叶片机匣碰摩

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碰摩拉杆转子弯扭耦合非线性动力学响应特性

动力工程学报 2020年第3期40卷 205-211页

作者：李傲赵立周传迪柳亦兵华北电力大学电力设备状态监测与控制教育部重点实验室北京102206

对碰摩故障状态下拉杆转子轴承系统弯扭耦合的非线性动力学特性进行了研究,建立了两端由滑动轴承支撑的双盘拉杆转子轴承系统模型,基于达朗贝尔原理得到其弯扭耦合的非线性动力学微分方程组,并采用四阶龙格库塔法法对方程组进行求解。... 详细信息

对碰摩故障状态下拉杆转子轴承系统弯扭耦合的非线性动力学特性进行了研究,建立了两端由滑动轴承支撑的双盘拉杆转子轴承系统模型,基于达朗贝尔原理得到其弯扭耦合的非线性动力学微分方程组,并采用四阶龙格库塔法法对方程组进行求解。结果表明:随着转速的提高,拉杆转子轴承系统的非线性动力学特性越强烈,扭振的影响越不能忽略不计,碰摩力逐渐成为影响拉杆转子轴承系统非线性动力学特性的主要因素。

关键词：拉杆转子弯扭耦合碰摩非线性动力学