[發明專利]一種滑動軸承轉子系統非線性動力學特性快速計算方法

有效

• 申請號: 202110769503.5
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113434983B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 裴世源;張慶山;洪軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種滑動軸承轉子系統非線性動力學特性快速計算方法，該方法解決了滑動軸承轉子系統在爆炸、沖擊、搖擺、急加/減速等特殊工況下，傳統方法計算軸承非線性油膜力效率低、適用性范圍局限性的問題；本發明將軸心軌跡可行域內節點處的剛度阻尼系數擬合為可行域內任意位置處的函數，在后續求解轉子非線性動力學時，可快速得到給定工況下t時刻系統的非線性油膜力矢量，避免了重復迭代、調用的繁瑣過程，使得非線性動力學計算過程效率更高；本發明提出的計算方法包含非線性油膜力計算和轉子非線性動力學計算兩大部分，詳細的考慮了系統的各項參數指標，為滑動軸承轉子系統非線性動力學特性研究提供了一種全面、規范的快速計算方法。

技術領域

本發明屬于轉子動力學領域，具體涉及一種滑動軸承轉子系統非線性動力學特性快速計算方法。

背景技術

滑動軸承轉子系統是旋轉機械設備非常重要的組成部分，廣泛應用于航空航天、工程機械、國防軍工等領域。隨著科技的不斷進步和市場的特殊要求，旋轉機械設備的工作環境逐漸趨向于高速、高溫、重載，使得滑動軸承轉子系統經常工作在爆炸、沖擊、搖擺、急加/減速等特殊工況下，此時作用在軸承上的載荷隨時間不斷變化，每一時刻轉子軸心的平衡位置、軸承油膜厚度也都發生變化，軸承會產生非線性油膜力，導致滑動軸承轉子系統表現出非常顯著的非線性特征。相關研究發現，非線性特征會對旋轉機械設備的可靠性、安全性產生很大的影響，所以準確、有效、快速地分析滑動軸承轉子系統的非線性動力學行為顯得越來越重要。

在滑動軸承轉子系統中，軸承的非線性油膜力是系統表現出非線性特征的主要因素之一，所以獲得系統非線性特征的關鍵在于軸承非線性油膜力的計算。然而傳統的剛度、阻尼計算方法，僅適用于軸承軸心軌跡在小范圍內變化的情況，且計算時間過長，計算效率低下。而遷移速率法和阻抗法，僅適用于圓對稱滑動軸承，對于橢圓、三油葉、階梯面等非圓對稱滑動軸承，具有一定的局限性。因此為了求解滑動軸承轉子系統在特殊工況下的非線性動力學特性，解決傳統方法計算效率低下、適用范圍局限性的問題，急需一種快速求解滑動軸承轉子系統非線性動力學特性的計算方法。

發明內容

本發明的目的在于針對滑動軸承轉子系統工作在爆炸、沖擊、搖擺、急加/減速等特殊工況下，系統非線性油膜力計算時間過長的問題，提供了一種滑動軸承轉子系統非線性動力學特性快速計算方法，該方法包含系統質量矩陣M、剛度矩陣K、陀螺矩陣G、重力矢量Fg、不平衡力矢量F₁和F₂、軸心軌跡可行域S、軸承剛度阻尼系數、非線性油膜力矢量F_oil的計算。已知條件包括轉子參數、圓盤參數、滑動軸承參數、材料參數和潤滑油參數。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種滑動軸承轉子系統非線性動力學特性快速計算方法，包括以下步驟：

1)根據給定的轉子參數、圓盤參數、滑動軸承參數、材料參數，建立滑動軸承轉子系統Euler-Bernoulli梁有限元模型和運動微分方程，滑動軸承轉子系統Euler-Bernoulli梁有限元模型的每個節點四個自由度；

2)根據步驟1)中有限元模型和運動微分方程，計算總體質量矩陣M、總體剛度矩陣K、總體陀螺矩陣G、總體重力矢量Fg、總體不平衡力矢量F₁和F₂；

3)根據給定的滑動軸承參數計算軸承的油膜厚度h(θ)，令h(θ)等于零求解軸承的軸心軌跡可行域S；

4)采用Delaunay三角剖分算法對可行域S進行網格劃分，且靠近邊界處，網格細化；

5)利用有限差分法求解Reynolds方程，計算滑動軸承的油膜壓力分布p；

6)利用步驟5)中得到的油膜壓力分布p，計算油膜承載力F_x、F_y；