考虑基础运动的转子系统动力学特性分析

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旋转机械因其工作状态和外部环境复杂,将受到不可避免的环境激励作用,在这些激励作用下,大部分旋转机械的基础是运动的。飞机机动飞行时的航空发动机,受水下非接触爆炸冲击和波浪作用的舰船燃气轮机,地震时地面上的旋转机械都可以认为是基础运动的转子系统。考虑基础运动的转子系统将受到质量不平衡量激励和基础的运动激励作用。本文通过两个模型分析了考虑基础运动转子系统的动力学特性和设计了减振隔冲措施。第三章中的模型为利用有限元法和相对坐标法建立的燃气轮机转子系统的复杂线性动力学模型,模型考虑了转轴的剪切效应利用Timoshenko梁单元建立,求解三种基础运动状态下的运动微分方程。分析不同的基础运动状态对临界转速、幅频响应和轴心轨迹的影响,结果表明,当基础作轴向转动时,转子表现出非对称的动力学行为,当基础作横向转动时,转子表现出对称的动力学行为,而基础作横向简谐运动对系统的固有特性没有影响,影响系统的响应。为了研究挤压油膜阻尼器的减振隔冲作用,第四章建立了带有非线性弹性支承挤压油膜阻尼器转子系统,分析系统的非线性动力学响应。针对这一模型的主要工作和成果如下:首先,考虑转子的轴向运动,建立了5自由度转子系统运动微分方程,弹性支承具有三次非线性。挤压油膜阻尼器的油膜力采用动态油膜力模型建立,分析了线性和非线性支承刚度和挤压油膜阻尼器对系统响应的影响。其次,考虑基础的简谐转动和横向简谐运动,通过计算系统圆盘处的轴心轨迹、时间历程响应、频谱图和Poincaré映射图研究基础运动对系统动力学响应的影响。分析了挤压油膜阻尼器对考虑基础运动转子系统的响应的影响,从计算结果可以得出,挤压油膜阻尼器具有明显的减振效果,消弱非线性弹性支承对系统响应的影响,使得轴心轨迹趋近于圆,消弱非主频率,使得系统的振动接近于简谐振动。基础的简谐转动使得转子轴向有振动,振动频率为基础转动频率的2倍。最后,分析了基础冲击激励作用下转子系统的瞬态响应。研究了挤压油膜阻尼器的抗冲作用。通过数值计算得到系统的瞬态轴心轨迹和响应。从计算结果可以看出,挤压油膜阻尼器使得响应幅值下降,瞬态冲击响应经过一到两个周期消失,转子运动恢复到原来的状态。对于运转状态的转子,从动态的油膜力图可以看出,冲击施加的时机不同,系统的瞬态冲击响应不同。
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