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复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩的仿真方法


技术摘要:
本发明公开了一种复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩的仿真方法,通过研究双转子模型在复杂温度场中发生的轴/径向混合碰撞与摩擦的情况,导出了转盘形心位置的运动微分方程。该模型运用动静法,结合柔度影响系数方法和D′Alember原理,推导出了转盘形心和轴承的运  全部
背景技术:
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数  据可视化、 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括  MATLAB和Simulink 两大部分。基于MATLAB对多体模型进行动力学建模和  仿真被学者们广泛的使用。 随着航空航天事业及科学技术的发展,诸多大型复杂的旋转机械,如航空发  动 机、超临界汽轮机等,在高性能要求下一般是在多场强耦合、复杂多变的工作  环境下重负 荷运行,各种时变及非线性激励力常常引发旋转机组不同形式和不同  程度的整机振动,并 次生出故障进而影响机械安全性能甚至引发灾难性故障。其 中转/静子碰摩作为旋转机械 典型而又多发的故障,常常引发机组整机振动及机  械失效,早在上个世纪就引起了学术界 与工程界众多学者的广泛关注。 潘健智在《复杂温度环境中转子系统的动力学建模与碰摩研究》一文中,未  考虑 双转子模型径向碰摩的问题,只考虑了轴向碰摩的问题,导致得出的结果只  适应于转子与 静子的径向间距较大的情况下,所以加入径向碰摩,探讨转子与静  子的径向间距较小的情 况下,转子的运动状态很有必要。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩的仿  真 方法,以转子动力学与动静法为理论基础,目的在于分析复杂温度场中双转子  模型轴/径 向混合碰摩的动力学响应。 实现本发明目的的技术解决方案为:一种复杂温度场中双转子模型轴/径向  混合 碰摩的仿真方法,包括以下步骤: 步骤1、设定发动机中双转子的几何参数和材料参数,确定温度场中双转子  模型, 转入步骤2; 步骤2、考虑温度场中的双转子模型在高温温度沿轴向的复杂分布时会导致  转盘 产生轴向窜动,且窜动位移量严重情况下会产生转盘与静子间的盘面挤压和  摩擦故障,运 用Hertz接触理论,推导得到轴向摩擦力的分量,结合转盘运动时  产生径向碰撞与摩擦现 象,获得转盘所受的整体摩擦力分量,转入步骤3; 步骤3、结合得到的转盘所受的整体摩擦力分量,由动静法,结合柔度影响  系数方 法和D′Alember原理建立复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩的运动  微分方程,将 得到的运动微分方程进行无量纲化,转入步骤4; 步骤4、运用四阶龙格库塔法,将得到的无量纲化运动微分方程进行数值仿  真,最 后求得转盘形心随转速变化的轨迹图和分岔图。 7 CN 111597644 A 说 明 书 2/9 页 本发明与现有双转子模型的碰摩求解相比,其显著优点在于: (1)考虑了复杂温度场对双转子模型的轴向碰摩的影响,使得模型更贴近现 实。 (2)对双转子模型进行了轴/径向混合碰摩的建模,同时考虑了轴向碰摩和径  向 碰摩的影响。 (3)由于考虑了非线性耦合量和高次耦合项,使得该模型可以在高速旋转工  况下 进行正确求解。 附图说明 图1为本发明复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩的仿真方法流程图。 图2为本发明的双转子模型示意图。 图3为转子和静件的横截面示意图,同时也是转子和静件的轴向碰摩的示意 图。 图4为转盘和静子的径向碰摩的为示意图。 图5为第一轴段I由初始T0分别升至T1(t),第二轴段II由初始T0分别升至  T2(t), 第三轴段III由初始T0分别升至T3(t)的温度变化示意图。 图6为复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩时,第一转盘的振幅随转  速变 化的分岔图。 图7为复杂温度场中双转子模型轴/径向混合碰摩时,第一转盘随转速变化  的形 心轨迹图,横坐标代表着第一转盘在惯性坐标系o-xyz下沿x轴方向的位移, 纵坐标代表着 第一转盘在惯性坐标系o-xyz下沿y轴方向的位移,其中(a)为当转  速为100rad/s时,第一 转盘的轨迹图,(b)为当转速为150rad/s时,第一转盘的轨  迹图,(c)为当转速为155rad/s 时,第一转盘的轨迹图,(d)为当转速为200rad/s 时,第一转盘的轨迹图。
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