离心泵转子系统动力学性能分析及软件开发

摘要

随着国家现代化发展和国防需求的不断增强，以发动机为代表的旋转机械引起了越来越多的重视。旋转机械广泛应用于航空航天、船舶、国防和农业等领域，并且向着高速化、轻型化和大功率化等趋势发展，其运动稳定性直接影响到整个机器的安全与性能。转子系统作为旋转机械的核心部件，其动力学的研究成为必然。船用泵作为常见旋转机械的一种，其振动特性直接影响到舰船的隐身性能、液体系统的可靠性和船员的生活环境。本文以某船用二级离心泵转子系统为研究对象，探讨了转子系统动力学性能分析中的相关关键技术，主要研究内容如下：
　　(1)结合流体润滑雷诺方程，利用有限差分法和压力扰动法求解了滑动轴承的动特性系数，同时总结了经典滚动轴承动特性系数公式计算支撑刚度，为转子系统动力学分析提供辅助参数。
　　(2)以传递矩阵法为基础，利用MATLAB工具编程，探讨了转子系统动力学的研究方法。计算了离心泵转子系统的临界转速和不平衡响应，并揭示不同不平衡量下转子响应规律。同时研究不同结构参数对临界转速的影响规律，为结构优化提供指导。
　　(3)对离心泵转子系统进行有限元建模，充分考虑轴承弹性支撑效应和转子陀螺效应的影响，利用 ANSYS对转子系统进行模态分析、临界转速分析、不平衡响应分析和瞬态动力学分析，并将其与传递矩阵法计算的结果进行对比，发现结果一致，误差值较小，验证了两种分析方法的正确性，为转子动力学的研究和减振降噪提供指导。分析结果表明，本转子系统在工作转速下不会产生共振，不平衡响应较小，在匀加速状态和冲击载荷作用下，都不会产生较大响应和碰擦，系统安全可靠。
　　(4)为实现智能化、人性化、高效化发展的需求，借助 MATCOM工具，利用VC/MFC和 MATLAB进行混合编程，开发了轴承动特性系数计算软件和转子系统动力学性能分析软件，摒弃了传统的人工计算，实现了计算机辅助分析。该软件脱离了MATLAB环境，界面友好，适用性强，提高了转子系统的设计效率，保证转子系统的稳定性与安全性，具有较高的实用价值。

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第1章 绪论

1.1 课题的理论意义与实用价值

1.2 课题的国内外研究现状

1.3 课题来源及本文主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 轴承转子动力学理论

2.1 轴承动特性分析

2.2 转子动力学分析

2.3 临界转速及振型分析

2.4 不平衡响应分析

2.5本章小结

第3章 基于传递矩阵法的离心泵转子系统动力学分析与优化

3.1 MATLAB在转子动力学中的应用

3.2 离心泵转子系统动力学分析

3.3基于临界转速的结构优化

3.4 本章小结

第4章 基于ANSYS的离心泵转子系统动力学性能分析

4.1 ANSYS转子动力学基础

4.2 转子系统有限元模型的建立

4.3 转子系统临界转速分析

4.4 转子系统不平衡激励下的谐响应分析

4.5 转子系统瞬态动力学分析

4.6 本章小结

第5章 基于混合编程的转子系统动力学分析软件的开发

5.1 开发平台简介

5.2 混合编程的实现

5.3 软件的模块划分及界面设计

5.4软件实例应用

5.5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参与的科研项目

致谢