基于复数坐标复杂轴系动力学特性研究

发布时间：2017-04-20 19:12

  本文关键词：基于复数坐标复杂轴系动力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代航空、船舶等动力设备结构复杂，多转子部件之间相互耦合并且受到复杂的内外源激励力作用，对于这种多转子耦合轴系，目前的计算分析方法尚不成熟。对于含有行星轮的多转子轴系，以往基于单节点的集中质量模型和基于商业有限元软件的分析方法具有较大的局限性。鉴于此，针对多转子耦合轴系，本文建立了基于复数空间的轴系动力学和瞬态响应动力学模型，并给出了轴系动力学特性和响应的分析方法。最后，建立了行星减速轴系动力学模型，同时给出了系统动力学特性的计算分析方法，并研究了轴系的动力学特性。 基于有限单元法建立了复数空间下耦合轴系动力学模型和弹性轮盘动力学模型，针对轮盘－转子系统分析了轮盘厚度变化对系统特性的影响。分析结果表明：弹性轮盘结构系统存在轮盘－转子耦合模态；同时随着轮盘厚度的减小，轮盘的局部模态增强。此基础上推导了对称和非对称结构的系统动力学特性计算分析方法，针对工程实际中形成的有限元模型维数巨大，给出了Guyan自由度减缩方法；并研究了不同主从自由度选取原则和数目对系统特性的影响，为工程实际中Guyan减缩方法主从自由度的选取提供指导。研究表明：Guyan自由度减缩能显著提高计算效率；保留支承节点、浮动环和密封结构相关节点、附加参数节点、连接部分相关节点、工程关心的区域和输出节点为主自由度，此时自由度减缩能同时兼顾计算精度和计算效率。 在Jeffcott转子瞬态动力学分析基础上给出了多自由度系统瞬态动力学模型和分析方法，针对某汽轮发电机组轴系，分析了不同角加速度下轴系的瞬态响应。分析表明：随着升速速率的增大，瞬态响应和稳态差异增大；当升速速率较大时，系统响应会出现波形现象，其总体趋势和稳态响应相同。 最后，针对行星齿轮轴系建立了动力学模型，并给出了系统动力学特性分析方法，针对某减速器轴系分析表明动力学模型和分析方法有效。
【关键词】：复数空间 转子动力学 自由度减缩 弹性轮盘单元 行星减速轴系
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133;O347.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 转子动力学国内外研究现状11-15
• 1.2.1 转子动力学国外研究现状11-14
• 1.2.2 转子动力学国内研究现状14-15
• 1.3 行星齿轮减速器国内外研究现状15-20
• 1.3.1 行星齿轮减速器国外研究现状15-18
• 1.3.2 行星齿轮减速器国内研究现状18-20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 第2章 基于复数空间的轴系动力学模型22-42
• 2.1 引言22
• 2.2 基于复数空间的轴系有限元模型22-28
• 2.2.1 Timoshenko 梁单元模型23-27
• 2.2.2 集中质量单元模型27
• 2.2.3 弹簧单元模型27-28
• 2.3 弹性轮盘结构动力学模型28-37
• 2.3.1 轮盘单元有限元模型28-35
• 2.3.2 弹性轮盘单元算例35-37
• 2.4 基于复数空间的轴系动力学方程37-41
• 2.4.1 对称结构系统动力学方程37-40
• 2.4.2 非对称定子结构系统动力学方程40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第3章 基于复数空间的轴系动力学特性分析42-64
• 3.1 引言42
• 3.2 轴系动力学特性计算分析方法42-48
• 3.2.1 状态空间法42-43
• 3.2.2 轴系挠曲分析43
• 3.2.3 轴系临界转速和模态振型分析43-44
• 3.2.4 轴系不平衡响应计算分析44-45
• 3.2.5 轴系坎贝尔图和稳定性分析45-46
• 3.2.6 非对称定子系统动力学特性分析46-48
• 3.3 轴系响应分析方法48-50
• 3.4 轴系自由度减缩分析及算例50-55
• 3.4.1 轴系自由度减缩计算方法50-52
• 3.4.2 轴系自由度减缩算例52-55
• 3.5 基于复数空间的轴系动力学特性及响应分析算例55-62
• 3.5.1 挠曲计算56-57
• 3.5.2 临界转速和振型分析57
• 3.5.3 不平衡响应分析57-59
• 3.5.4 坎贝尔图和稳定性59-60
• 3.5.5 基于时域的响应分析60-62
• 3.6 本章小结62-64
• 第4章 基于复数空间轴系瞬态动力学特性研究64-74
• 4.1 引言64
• 4.2 瞬态分析的 Jeffcott 转子动力学模型64-67
• 4.2.1 Jeffcott 转子瞬态运动方程64-66
• 4.2.2 角加速度作用下 Jeffcott 转子运动方程66-67
• 4.3 瞬态分析的多自由度系统动力学分析67-69
• 4.3.1 多自由度系统瞬态运动方程67-69
• 4.3.2 角加速度作用下多自由度系统瞬态动力学模型69
• 4.4 基于复数空间的轴系瞬态分析算例69-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 基于复数空间行星减速器轴系动力学特性研究74-86
• 5.1 引言74
• 5.2 基于复数空间的行星减速轴系动力学模型74-77
• 5.3 行星减速轴系计算分析方法77-80
• 5.3.1 轴系临界转速和模态振型分析78
• 5.3.2 轴系不平衡响应78-79
• 5.3.3 轴系坎贝尔图和稳定性分析79-80
• 5.4 某汽轮减速机组轴系分析算例80-84
• 5.4.1 临界转速和振型分析81-82
• 5.4.2 不平衡响应分析82-83
• 5.4.3 坎贝尔图和稳定性分析83-84
• 5.5 本章小结84-86
• 结论86-88
• 参考文献88-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果94-96
• 致谢96

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