[發明專利]一種鼠籠式彈性支承剛度及應力分析方法

有效

• 申請號: 202011367965.6
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112364463B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 唐瑞;高利霞;趙強;王小虎;羅斌
• 申請（專利權）人: 中國航發四川燃氣渦輪研究院
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 衛媛媛

本申請提供一種鼠籠式彈性支承剛度及應力分析方法，所述方法應用于鼠籠式彈性支承結構，方法包括：根據鼠籠式彈性支承結構特點，計算在所述鼠籠圓環產生預設位移δ_ring時，第j個籠條位置角θ_j處對應的籠條懸臂端位移δ_sj，1≤j≤N,所述N為籠條個數；根據彈性變形理論，采用梁單元離散每根籠條，計算籠條應變矩陣B、應力矩陣κ、剛度矩陣K_j；根據矩陣B、κ、K_j，計算第j根籠條懸臂端發生位移δ_sj時，第j根籠條應力σ_ji及應變ε_ji分布，以及籠條對鼠籠圓環的作用力；根據所有籠條對鼠籠圓環的作用合力，計算鼠籠式彈性支承剛度矩陣K_s。此方法可兼顧分析精度與計算效率，快速得到其剛度及應力分布，為鼠籠式彈性支承優化設計提供考慮因素更加全面的方法。

技術領域

本發明屬于機械工程技術領域，具體涉及一種鼠籠式彈性支承剛度及應力分析方法。

背景技術

鼠籠式彈性支承廣泛應用于航空發動機、燃氣輪機、火箭發動機等各種旋轉機械中，用于配合滾動軸承共同支撐轉子系統工作，并調節轉子系統臨界轉速區域，使得旋轉機械工作轉速區盡可能避開轉子系統共振區域，大量設計及試驗過程均發現，鼠籠式彈性支承剛度極大程度影響轉子系統動力學特性，其應力亦會制約整個轉子系統工作可靠性。

如何快速、全面、合理、準確地計算及評估鼠籠式彈性支承剛度及應力力學特性，深入了解多方向復合載荷下鼠籠式彈性支承籠條應變、應力變化規律，對于優化鼠籠式彈性支承剛度設計、應力分布有極大助益，可進一步降低鼠籠式彈性支承剛度與轉子系統實際需求不完全匹配以及籠條工作過程發生斷裂的風險，旋轉機械轉子動力學設計與滾動軸承動力學設計將由此變得更加精細化和準確化，最終提高轉子-支承系統工作可靠性。

近年來，國內一些學者針對鼠籠式彈性支承開展了大量的理論分析工作，如論文：鼠籠式彈性支承結構參數化設計與試驗(馮國權)、折返式鼠籠彈性支承剛度特性研究(王洋洲)、串聯式鼠籠彈性支承高周疲勞性能試驗(栗勇)、鼠籠式彈性支承分步優化設計方法(羅忠)、燃氣輪機轉子-鼠籠-擠壓油膜阻尼器動力學特性研究(徐方程)等，但大多集中于徑向載荷對鼠籠式彈性支承徑向剛度和最大應力的研究，而鼠籠式彈性支承實際工作過程中軸向、徑向、角向以及扭轉剛度均會影響滾動軸承-轉子系統動力學特性，僅少數學者基于商用有限元分析軟件分析了關于載荷特性與鼠籠式彈性支承應力分布、徑向剛度、角剛度的關系。

總體來說，目前針對鼠籠式彈性支承力學特性的研究方法主要是通過簡化的力學解析計算公式或通過商用有限元分析軟件對其進行剛度和應力分析，一方面，鼠籠式彈性支承剛度及應力計算解析或經驗公式簡化過多，僅可計算徑向剛度和籠條最大應力，無法計算其它方向剛度、各方向剛度的耦合影響以及籠條應力分布情況，另一方面，若采用商用有限元軟件對鼠籠式彈性支承剛度及應力進行分析，雖然可以詳細分析籠條應力分布與鼠籠式彈性支承各方向剛度，但仍會存在三個問題：1)商用軟件有限元分析結果精度和可靠性與設計人員對鼠籠彈支使用過程力學邊界條件的認識有較大的關系，計算結果可靠性依設計人員的軟件使用經驗與對其力學特性認知深度而定，存在較大不穩定性；2)商用有限元軟件分析過程建模、計算時間較長，且很難跟轉子-支承系統動態特性分析過程進行耦合運算，不利于轉子動力學或滾動軸承動力學計算時考慮較為全面、精確的鼠籠式彈性支承力學模型；3)商用有限元分析軟件建模較為繁瑣，網格劃分質量也會較大程度影響鼠籠式彈支剛度及應力分析結果，每次設計、分析再反饋調整設計的迭代過程極其耗時耗力。

因此，亟需建立一種高效準確且便于移植到其他系統級仿真模型中的鼠籠式彈性支承剛度及應力分析方法。

發明內容