航空发动机转静子碰摩故障研究多刚体动力学仿真软件研发

摘要

本报告内容由两部分组成,一是属于转子动力学与非线性动力学领域的转子系统的碰摩问题研究;二是机构学与计算机仿真系统开发领域的多刚体动力学仿真软件系统开发工作.主要研究内容和结论如下:一、航空发动机转静子碰摩故障研究航空发动机转子—机匣碰摩问题是制约其向高速、轻型、大功率及大载荷方向发展的关键技术瓶颈之一,本文对转子——机匣系统的碰摩问题进行了深入研究,研究成果不但具有较强的理论意义而且可以为设计工作提供的技术指导.从理论分析角度对几种常用分段连续的非线性碰摩力模型进行分析阐述,探讨模型的内在本质特征及相互关系;使用数值仿真的方法,通过对比研究不同碰摩力模型对相同参数转子系统碰摩响应的影响确定了最佳的碰摩力模型.对单盘Jeffott转子系统的全周碰摩解进行理论分析,探讨解的存在条件及其随参数变化而发生的演化规律.用数值仿真方法证明此项研究的有效性,并通过此方法展示、发掘了碰摩转子一般运动情况下的、丰富的非线性运动形式,为多自由度转子系统的研究奠定理论基础.设计了适用于工程实际的多自由度转子系统碰摩问题求解方法,完成一个多自由度转子系统转子—机匣碰摩问题分析软件包为具体的转子系统设计工作提供参数选定意见.二、多刚体系统动力学仿真软件开发问题研究多刚体系统仿真是机构虚拟仿真的核心内容,在它基础上发展的、受到工程界关注的虚拟样机技术要借助界面友好、功能完备、性能稳定的仿真软件实现.建立具有计算程式化特点的机械系统运动学和动力学数值模型,为开发机械系统数值仿真软件奠定理论基础.根据机械系统运动学和动力学数学模型特点开发并实现有效的数值算法,以便高效、稳定、高精度地求得系统的运动学规律和动力学响应.利用计算机可视化技术和动画技术提供界面友好、自动化程度高的仿真程序输入、输出子系统,使机械设计工程师能专心于机构系统本身的创造性设计工作.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2转子碰摩问题研究

1.2.1碰摩力学模型的研究

1.2.2碰摩转子动力学行为研究

1.2.3碰摩转子的故障诊断

1.3多刚体动力学仿真软件研发

1.3.1基础理论研究内容——机构运动学、动力学模型

1.3.2机构动力学模型的数值计算方法

1.3.3机构计算机辅助设计软件

第一部分高速柔性转子与静子碰摩故障引起的非线性失稳研究

2转、静子碰摩过程的力学描述

2.1弹性体碰撞过程的线弹性接触模型

2.2弹性体碰撞过程的Hertz接触模型

2.3弹性体碰撞过程的当量刚度

2.4描述转、静子碰摩过程的力学模型

2.5转、静子碰摩过程的力学模型仿真研究

2.6小结

3单盘转子碰摩运动的理论分析

3.1发生全周碰摩故障的Jeffcott转子力学模型

3.2单盘转子同步全周碰摩分析

3.3单盘转子全周碰摩的数值仿真分析

3.4单盘Jeffcott转子碰摩故障的实验研究

3.5单盘Jeffcott转子碰摩故障的丰富非线性运动形式

3.6小结

4多盘转子碰摩运动分析

4.1刚体的广义坐标与动能

4.2转轴的Reyleigh梁有限元模型

4.3全局广义坐标下的集聚转子运动方程

4.4集聚转子有限元模型的模态分析

4.5多自由度碰摩转子系统的分析程序设计

4.6航空发动机转子系统的碰摩研究

4.7小结

第二部分空空导弹多刚体动力学仿真软件

5多刚体系统仿真研究的程式化数学模型

5.1多刚体系统力学模型的概述

5.2多刚体系统的建模方法

5.3多刚体系统动力学方程的计算方法

6多刚体系统仿真软件MSA的功能分析及实现策略

6.1 MSA软件的功能模块

6.2 MSA主要模块的工作内容规划

6.3 MSA程序的设计思路

7多刚体系统仿真软件MSA的总体方案设计

7.1零、部件设计管理模块

7.2机构安装设计模块

7.3机构仿真分析模块

7.4机构仿真分析软件MSA的用户界面

8结论

参考文献

致 谢

博士后期间发表的学术论文

个人简历