[發明專利]考慮耦合變冪數的轉子系統振動響應相似縮比實驗方法

有效

• 申請號: 202210594872.X
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN115077826B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 羅忠;李雷;劉凱寧;周吉來
• 申請（專利權）人: 東北大學;東北大學佛山研究生院
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G06F17/16
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 陳麗;李洪福

本發明公開了一種考慮耦合變冪數的轉子系統振動響應相似縮比實驗方法，涉及相似縮比實驗技術領域，本發明提出了變冪數的思想并考慮了相似參數的耦合影響規律，提高畸變相似預測的精度，提出了針對轉子系統振動響應的變冪數，提高了振動響應的預測精度。考慮到轉子系統完全相似縮尺導致的轉軸、轉盤難以加工的問題，以及支承結構的剛度難以準確滿足完全相似條件的問題，將轉軸長度與支承剛度同時畸變縮比，針對參數間的耦合影響，提出了考慮耦合影響的變冪數。擺脫了系統控制方程的限制，大大減少了公式推導的工作量，適用于復雜系統的相似模型實驗；也無需預先獲得原型的振動響應，適用于實際工程中的縮比模型實驗問題。

技術領域

本發明涉及轉子系統技術領域，特別是涉及一種考慮耦合變冪數的轉子系統振動響應相似縮比實驗方法。

背景技術

轉子系統廣泛應用于大型旋轉機械中，如航空發動機、燃氣輪機。就航空發動機而言，其轉子系統的全部振動特性還未完全掌握，而理論與仿真分析難以準確反映轉子系統的振動特性，因此在航空發動機的設計和維護過程中實驗研究是必不可少的環節，而且新型號的設計也需要大量的實驗驗證。然而，由于航空發動機結構復雜、軸向跨度大，直接在全尺寸原型轉子系統上開展動力學特性的實驗研究往往存在實驗周期長、風險大、成本高等問題。針對此問題，一個有效的解決途徑是利用相似理論設計相似縮尺模型，其振動特性仍能反映真實發動機振動特性，從而降低實驗難度，縮短實驗周期，揭示全尺寸原型的動力學特性及參數影響機理，而且相似理論已經廣泛應用于大型結構的振動實驗中。

航空發動機轉子系統的轉軸長徑比較大且轉盤較薄，按照完全相似關系縮尺會導致轉軸過細、轉盤過薄，進而難以加工。因此，畸變相似具有更強的工程適用性與實際意義。

現有的畸變相似方法中，基于敏感性分析的相似方法是利用數據驅動的思想，基于模型的響應與敏感性分析方法，建立原型與模型之間的相似關系；此類方法無需系統的控制方程與相似關系推導，相比依靠系統控制方程的相似方法，很大程度減少了推導工作量。而且也無需預先獲得原型的振動響應，相比基于優化算法的相似方法，能夠應用于實際工程中，適用于復雜結構的畸變相似。

然而，多個系統參數同時變化對系統響應的影響并不等于這些參數變化的累加，上述基于敏感性分析的相似方法中，如發明人在先發表的論文《考慮變冪數的畸變動力學相似試驗模型設計方法及試驗研究》中，未考慮參數耦合影響，因此，只能進行單一參數縮比的相似預測，且只適用于轉子系統臨界轉速的預測。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種考慮耦合變冪數的轉子系統振動響應相似縮比實驗方法，基于全微分理論，推導出了考慮參數間耦合影響的相似關系，可實現多個參數同時按照不同比例縮放，更適用于實際工程。由于振動響應對參數影響比較敏感，考慮參數耦合影響可以實現對于轉子系統振動響應的相似預測。

為此，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種考慮耦合變冪數的轉子系統振動響應相似縮比實驗方法，包括：

S1、獲取轉子系統原型的幾何尺寸參數和材料參數；

S2、根據實驗室環境，確定幾何尺寸參數的縮放比例；

S3、利用耦合變冪數方法建立轉子系統的原型與縮比模型之間的相似關系，冪數為隨縮放比例變化的函數；所述轉子系統的相似關系中多個參數同時按照不同比例縮放；所述相似關系的輸入參數為幾何尺寸參數的縮放比例，輸出參數為振動響應的縮放比例；

S4、將幾何尺寸參數的縮放比例帶入所述相似關系，得到振動響應的縮放比例；

S5、對所述縮比模型進行振動實驗，獲得的振動響應乘以振動響應的縮放比例，得到所述原型的振動響應。

進一步地，所述轉子系統為航空發動機轉子系統。

進一步地，確定幾何尺寸參數的縮放比例，包括：確定轉軸長度的縮放比例。