[發明專利]轉子間碰摩故障下雙轉子系統動力學仿真模型構建方法

在審

• 申請號: 202310020912.4
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN116050211A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 馬輝;官宏;熊茜;韓清凱;羅忠;李旭;劉楊;李朝峰;任朝暉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 吳婷婷;李洪福

本發明提供一種轉子間碰摩故障下雙轉子系統動力學仿真模型構建方法，包括獲取碰摩法向力；考慮內、外轉子的轉速差以及轉子的渦動速度，計算轉子?轉子碰摩的摩擦力；根據牛頓第三定律計算作用于內、外轉子的碰摩力；考慮轉子?轉子碰摩建立雙轉子系統動力學仿真模型。該方法可以準確模擬轉子與轉子之間的碰摩。基于剛體的平面運動，準確計算轉子的渦動速度、碰摩點切向速度、碰摩點絕對速度以及碰摩點相對速度。考慮轉子渦動速度導致的碰摩點相對速度方向不確定，導致的碰摩點摩擦力方向不確定，通過速度矢量求解轉子碰摩點之間的相對速度，準確表征轉子間摩擦力的方向。本發明彌補了現階段履帶車輛轉子之間碰摩動力學精確分析方法的空缺。

技術領域

本發明涉及機械動力學技術領域，具體涉及雙轉子系統中轉子間碰摩故障表征及動力學分析，尤其涉及一種轉子間碰摩故障下雙轉子系統動力學仿真模型構建方法。

背景技術

旋轉機械如航空發動機、船用燃氣輪機和履帶車輛等，為了提高機械系統的各方面性能(如密封性)，使得轉子和轉子之間的設計間隙越來越小，很可能導致設備運行過程中發生轉子之間碰摩故障。必然導致設計人員很難同時兼顧無碰摩與間隙值小，影響系統的安全可靠運行。轉子間的碰摩會引發系統的損壞和其余故障，甚至導致災難性事故的發生。這將直接或者間接的造成經濟財產的損失，或威脅相關從業人員的生命安全。特別是對于履帶車輛，轉子間的碰摩故障頻繁發生，極大的影響履帶車輛的安全運行。

對于轉子間碰摩的表征方法，有的研究人員將其簡化為兩個同心的Jeffcott轉子，沒有考慮轉軸之間可能存在的中介軸承對系統碰摩故障的影響，也沒有考慮內、外轉子的轉速差對系統碰摩的影響。當然也有研究人員考慮轉速差建立了轉子-轉子碰摩的表征模型，其考慮了渦動速度以及相對速度對碰摩摩擦力的影響，但是這個模型的轉速差只通過速度大小的加減表示，忽略了速度方向帶來的影響。由此可以判斷，采用標量模型無法實現轉子-轉子碰摩故障的準確表征。另外，目前關于碰摩故障的研究多為轉子與靜子之間的碰摩故障，而忽略了關于轉子與轉子之間的碰摩故障的研究。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明公開了一種轉子間碰摩故障下雙轉子系統動力學仿真模型構建方法，針對碰摩故障下履帶車輛雙轉子系統動力學系統構建模型，解決現有轉子-轉子碰摩故障表征模型及動力學分析技術中所存在的缺少考慮轉子渦動速度的轉子-轉子碰摩模型以及碰摩導致的干摩擦失穩問題。本方法考慮了轉子的渦動速度對碰摩摩擦力的影響，精確計算轉子間的相對速度，并基于庫侖摩擦理論求解碰摩摩擦力的大小，進一步求得碰摩摩擦力矢量，利用Timoshenko梁理論模擬雙轉子系統的轉軸，結合不平衡力和碰摩力，建立了碰摩故障下雙轉子系統動力學仿真模型。

本發明采用的技術手段如下：

一種轉子間碰摩故障下雙轉子系統動力學仿真模型構建方法，包括以下步驟：

S1、根據雙轉子系統的單元和節點信息建立雙轉子系統的有限元模型，根據所述有限元模型計算系統每一時刻的動力學相應，從而獲取碰摩法向力；

S2、考慮內、外轉子的轉速差以及轉子的渦動速度，計算轉子-轉子碰摩的摩擦力；

S3、根據牛頓第三定律，計算作用于內、外轉子的碰摩力；

S4、考慮轉子-轉子碰摩，建立雙轉子系統動力學仿真模型。

進一步地，根據雙轉子系統的單元和節點信息建立雙轉子系統的有限元模型，根據所述有限元模型計算系統每一時刻的動力學相應，從而獲取碰摩法向力，包括：

S1.1、通過所述有限元模型根據轉子的渦動位移，確定碰摩法向力的方向向量，包括根據以下公式計算內轉子某一時刻的碰摩法向力的反方向向量為：

n＝[x₀-x₁,y₀-y₁]