[發明專利]一種面向對象的轉子動力學系統非線性非因果建模仿真方法

無效

• 申請號: 201210349793.9
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102915388A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 李明;孟光;李鴻光;劉興星;白暉宇;朱瑞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

[技術領域]

本發明涉及轉子動力學系統仿真建模技術領域，具體地說是一種面向對象的轉子動力學系統非線性非因果建模仿真方法。?

[背景技術]

轉子動力學是一門針對廣泛應用于工業、國防和民生各領域的旋轉機械的研究領域，研究方向包括動態響應、振動、故障診斷等，其目的和任務在于對旋轉機械進行優化設計、提高效率和減少故障等。轉子動力學的一般分析方法包括傳遞矩陣法與有限元法，其中，有限元法分析轉子系統最早見于Ruhl的《Afinite?element?model?for?distributed?parameter?turborotor?systems》一文，傳遞矩陣法分析轉子系統最早見于Prohl的《A?general?method?for?calculating?critical?speeds?of?flexible?rotors》一文，在聞邦椿先生的《高等轉子動力學:理論,技術與應用》一書中有詳細的介紹與說明。有限元法的研究可以使用如Ansys、Abaqus等商用軟件進行；但使用傳遞矩陣法對轉子的集中參數模型進行分析需要利用C或Matlab等語言進行手動編程，對于不同的轉子系統，編寫的程序形式不同導致無法重用，效率較低。?

Modelica是一種適用于復雜物理系統的面向對象的建模語言，具有多領域性、非因果性與面向對象性的特點。Modelica語言的思想最早由Hilding?Elmqvist在其博士論文中提出，針對可以使用DAE描述的物理系統使用DASSL或Radau5等算法進行整體的建模求解。其編程方法基于廣義基爾霍夫定律，使用無信號流方向的方程對系統進行描述，方便用戶編程并提高代碼的重用性，在?工程領域已經有了較為廣泛的應用。?

[發明內容]

本發明的目的就是要解決上述的不足而提供一種面向對象的轉子動力學系統非線性非因果建模仿真方法，由于Modelica具有面向對象性、非因果性以及多領域性，從而不僅簡單易用，而且實現了對各種結構的轉子動力學系統進行建模分析，效率非常高。?

為實現上述目的設計一種面向對象的轉子動力學系統非線性非因果建模仿真方法，該建模仿真方法基于面向對象的非因果多領域建模語言Modelica，使用該建模語言Modelica編寫轉子動力學系統仿真模型，所述轉子動力學系統仿真模型由組件和故障搭建而成，所述組件包括轉盤組件、軸段組件及軸承組件，所述轉盤組件、軸段組件及軸承組件分別包含兩個結點元件，所述故障包括裂紋故障、碰摩故障及基礎松動故障。?

所述結點元件包括勢變量和流變量，所述勢變量為結點元件處轉子徑向位移，所述流變量為結點元件處轉子徑向受力。?

所述轉盤組件、軸承組件為集中質量剛體，所述軸段組件為彈性體。?

所述組件還包括環境組件，所述環境組件控制了轉子動力學系統的轉速及重力加速度。?

所述裂紋故障包括呼吸函數、剛度變化量和裂紋力。?

本發明有益效果：針對傳統的轉子動力學集中參數分析方法需要進行手動編程，對于不同的轉子系統，編寫的程序形式不同導致無法重用，效率較低的?缺點，本發明通過使用面向對象的非因果多領域建模語言Modelica進行了二次開發，結果顯示，得到的面向對象的轉子動力學系統非線性非因果建模仿真方法可以對各種結構的轉子動力學系統進行建模，可以如實地反映轉子動力學系統的系統特性及工作情況，并可以將裂紋、碰摩及基礎松動等故障引入進行系統分析，為工程技術人員及科研人員提供了一種便捷的分析手段。?

[附圖說明]

圖1是本發明中轉子動力學系統仿真模型示意圖；?

圖2是本發明中結點元件模型示意圖；?

圖3是本發明中轉盤組件、軸段組件、軸承組件及環境組件的集中參數模型示意圖；?

圖4是本發明中裂紋故障模型示意圖；?

圖5是本發明中碰摩故障模型示意圖；?

圖6是本發明中基礎松動故障模型示意圖；?

圖7是圖1的仿真結果示意圖；?

圖中：1、轉盤組件?2、軸段組件?3、軸承組件?4、環境組件?5、結點元件?6、裂紋故障?7、碰摩故障?8、基礎松動故障。?

[具體實施方式]

下面結合附圖對本發明作以下進一步說明：?