固定瓦—可倾瓦轴承—转子系统非线性动力特性研究

摘要

随着旋转机械对高速、高效的不懈追求,应用非线性动力学理论研究轴承—转子非线性动力系统的动力学行为成为转子动力学主要的研究内容。所以,利用非线性动力学理论的研究成果,结合转子动力学理论对固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统进行非线性分析及对固定瓦-可倾瓦滑动轴承的动力特性进行分析,具有重要的理论意义。论文的具体工作包括以下几个方面：1、根据油膜的物理特性,在动力积分、迭代过程中形成实时修正的Reynolds方程变分形式的有限元方程及其扰动方程,使其等价为变分不等式。运用八节点等参有限元方法,求解修正的变分形式的有限元及其扰动方程,计算得到非线性油膜力,在几乎不增加计算量的情况下,使得油膜力的Jacobi矩阵同时计算完成,并且具有协调一致的精度。2、将轴承坐标系下的几何参数分解为单块瓦块坐标系下的几何参数,根据单块瓦的几何参数,通过调用单块瓦的有限元程序计算其油膜力及其Jacobi矩阵,运用组装技术求解得到固定瓦-可倾瓦轴承的非线性油膜力和刚度系数、阻尼系数。分别对可倾瓦轴承的油膜力和动力特性系数计算程序进行了验证,并对固定瓦-可倾瓦轴承油膜力和动力特性系数进行了分析。3、建立了固定瓦-可倾瓦滑动轴承支承的对称刚性转子动力学模型,运用Poincare映射和Runge-Kutta方法分析了固定瓦-可倾瓦滑动轴承支承的对称刚性转子系统的不平衡响应,数据结果展现了固定瓦-可倾瓦轴承—转子系统的周期解、倍周期解和准周期解等丰富复杂的非线性现象。分析了轴承的长径比,瓦块的支点比和预负荷系数对固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统稳定性的影响。4、建立了固定瓦-可倾瓦滑动轴承的完整动力模型。在平衡位置处组装得到了完整动力特性模型下的固定瓦-可倾瓦滑动轴承的包括使瓦块摆动的油膜力和动力特性系数,并分析了完整动力模型下固定瓦-可倾瓦滑动轴承的油膜力和动力特性系数。上述研究为分析解决实际的固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统中的非线性问题和稳定性问题提供了理论参考。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 滑动轴承—转子系统国内外的研究现状

1.2.1 国外的研究现状

1.2.2 国内的研究现状

1.3 论文研究的主要内容

2 滑动轴承的非线性油膜力及其Jacobi矩阵

2.1 简述

2.2 有限长轴承的数值解

2.2.1 有限长轴承流体润滑的等价变分形式及其解法

2.2.2 有限长轴承非线性油膜力Jacobi矩阵的有限元逼近解

2.3 运用变分约束原理求解非线性油膜力与数据库方法的验证

2.4 运用变分约束原理求解轴承的刚度和阻尼系数与文献[60]的验证

2.5 本章小结

3 固定瓦-可倾瓦滑动轴承油膜力及动力特性系数的分析计算

3.1 固定瓦-可倾瓦滑动轴承的特点

3.2 固定瓦-可倾瓦滑动轴承油膜力及动力特性系数的计算

3.2.1 可倾瓦滑动轴承单块瓦油膜力及Jacobi矩阵的计算

3.2.2 固定瓦-可倾瓦滑动轴承油膜力及动力特性系数的组装

3.3 可倾瓦滑动轴承油膜力及动力特性系数计算程序的验证

3.3.1 可倾瓦滑动轴承油膜力计算程序的验证

3.3.2 可倾瓦滑动轴承动力特性系数计算程序的验证

3.4 固定瓦-可倾瓦滑动轴承油膜力及动力特性系数的计算与分析

3.4.1 固定瓦-可倾瓦滑动轴承油膜力的计算及分析

3.4.2 固定瓦-可倾瓦滑动轴承动力特性系数的计算及分析

3.5 本章小结

4 固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统动力学行为分析

4.1 固定瓦-可倾瓦滑动轴承—对称刚性转子系统的运动学方程

4.2 系统的不平衡响应分析

4.3 参数对固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统的影响

4.3.1 预负荷系数对固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统的影响

4.3.2 支点比对固定瓦-可倾瓦滑动轴承—转子系统的影响

4.4 本章小结

5 完整动力模型下固定瓦-可倾瓦轴承的动力特性分析

5.1 单块可倾瓦动力学模型

5.2 完整动力模型下固定瓦-可倾瓦轴承油膜力及动力特性系数的计算

5.2.1 单块瓦的油膜力及动力特性系数的计算

5.2.2 完整动力模型下固定瓦-可倾瓦轴承子系统的组装

5.3 数值算例与讨论

5.3.1 完整动力模型下固定瓦-可倾瓦轴承油膜力的分析

5.3.2 完整动力模型下固定瓦-可倾瓦轴承动力特性系数的计算

5.3.3 完整动力模型下固定瓦-可倾瓦轴承动力特性系数的分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 全文结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文