转子动力学优化设计

优化设计可以使转子支承系统具有先天优良的转子动力学特性, 优化支承的刚度与阻尼系数是使转子支承系统获得优良动力学特性的有效途径。本文采用传递矩阵-拟模态综合法分析转子支承系统的动力特性-临界转速、不平衡响应以及对支承动力参数灵敏度分析, 进而对支承动力参数作优化设计。本文所提出的方法已经过算例、模型试验及工程应用的证实。      

涡轮泵转子的临界转速研究(Ⅰ)均匀支承转子临界转速的传递矩阵法

根据转子振动时的受力和位移状况,分别导出轴、盘和支承的传递矩阵,再根据转子的结构布局导出频率和振幅等的计算方程,可求得转子的各阶临界转速及振幅。传递矩阵法对转子的不同布局方案运用十分方便灵活。还给出了减振阻尼、支承弹性的组合刚度计算方法。计算表明,支承的弹性、阻尼和质量对转子的振动特性（临界转速和振幅）有重大影响,转子与支承的匹配对转子的振动特性能起调节控制作用。     

涡轮泵转子的临界转速研究──(Ⅰ)均匀支承转子临界转速的传递矩阵法

根据转子振动时的受力和位移状况,分别导出轴,盘和支承的传递矩阵,再根据转子的结构布局导出频率和振幅等的计算方程,可求得转子的各阶临界转速及振幅,传递矩阵法对转子的不同布局方案运用十分方便灵活,还给出了减振阻尼,支承弹性的组合刚度计算方法,计算表明,支承的弹性,阻尼和质量对转子的振动特性（临界转速和振幅）有重大影响,转子与支承的匹配对转子的振动特性能起调节控制作用。     

共用支承-双转子系统振动耦合机理及响应特性

针对带有涡轮级间共用承力框架的双转子系统，采用机械阻抗理论定量描述结构质量/刚度分布特征，建立了复杂转子系统振动耦合机理模型，并提出了针对共用支承-双转子系统的振动耦合点确定方法，以及交互激励瞬态响应仿真方法。仿真结果表明：共用支承-双转子系统振动耦合的力学本质，是转子与支承结构振动交互作用下的动力响应耦合，既包括共用支承结构振动基础激励带来的振动耦合力学行为，又包括多转子交互激励下多频率组合的振动响应耦合力学行为。其中基础激励下耦合程度与支承机械阻抗及转子振型有关，转子间交互激励下耦合程度则受被激转子模态振型影响，被激转子刚体模态振型对基础振动敏感，在激励转子作用下更易产生转子交互激励下振动耦合。     

用模态综合法分析发动机整机振动特性

本文试图把模态综合法与有限元素法相结合,对发动机转子——支承——机匣系统的整机振动特性进行分析。用状态空间广义模态综合法计算轴对称转子与机匣间的耦合振动,用复模态综合法计算非轴对称转子与机匣间的耦合振动。子结构分析采用有限元素法。转子采用具有粘性阻尼,考虑剪切变形的有限转子元素,用承受非轴对称载荷的截锥壳元素离散机匣。所编制的AROBEC程序可计算发动机整机系统的进动频率、临界转速、稳定性、不平衡响应及瞬态响应。目前该程序已实际应用于三种型号的发动机上,获得了满意效果。      

航空发动机耦合双转子系统响应特性分析方法研究

涡扇发动机普遍采用耦合双转子结构,由于中介轴承耦合的影响及高、低压转子动力学特性的复杂性,导致转子-支承系统在设计时常无法避开所有临界转速。通过添加弹性及阻尼结构,可有效减小过临界转速时转子系统的振动。为分析耦合双转子结构过临界转速时的振动响应特性,可通过迭代法获得支点阻尼器的阻尼值,并利用过临界转速时稳态响应的Nyquist图椭圆近似特征对结果进行修正,从而得到更具参考价值的响应特性。     

双转子临界转速的简易分析方法及应用

采用纯弯曲及弯扭耦合两种传递矩阵法和子结构传递矩阵法计算具有畸形结构的双转子系统的临界转速，提出了用线性插值法确定双转子临界转速的简便方法和由不平衡响应系统位能峰值转速确定双转子系统计及阻尼影响的临界转速，本文分析方法有较大的工程应用价值。     

柔性转子动力学特性及支承结构安全性设计

叶片飞失极限状态下,航空发动机转子系统承受冲击载荷和大不平衡载荷,载荷通过转子结构传递到支承结构,对支承结构造成严重损伤。从安全性的角度看,需要对航空发动机轴承-支承结构在极限载荷下的承载能力进行有效的定量评估。提出一种新型缓冲阻尼支承结构,通过对支点刚度突降和高阻尼设计,实现在止推轴承支点处大幅降低横向冲击载荷的影响。建立考虑支承结构刚度突变和阻尼特性的转子系统动力学方程,并计算突加不平衡激励下,转子系统支点动载荷分布的变化规律。结果表明:通过优化设计支点刚度和阻尼参数,缓冲阻尼支承结构,能够有效降低突加不平衡激励下止推滚珠轴承的支点动载荷,提高支承结构的安全性。     

不对抵称转子临界转速的计算方法

考虑某膨胀涡轮转子具有不对称支承刚性及不对称阻尼等特点,针对转子具体结构形式进行适当简化得到计算模型;采用考虑刚性、阻尼、集中质量耦合的传递矩阵与匀质轴克雷洛夫函数精确解的传递矩阵,同时考虑轮盘不平衡偏心引起的强迫激振、x-y两个方向的振动耦合,计算该转子的临界转速与振型,并分析计算结果;用简单算例对程序进行验证,将简单盘的程序计算结果与试验结果进行比较.     

具有挤压油膜阻尼器的多转子系统双稳态分析

采用弯扭耦合传递矩阵法计算具有挤压油膜阻尼器(SFD)的多转子系统在弧齿锥齿轮啮合作用下的振动特性。给出了对多转子系统进行双稳态特性分析的方法和具有SFD时峰值转速计算方法;改进了偏心率及峰值转速的计算方法和软件,提高了计算精度和效率。首次分析在较大的弧齿锥齿轮啮合力与不平衡力综合作用下,复杂转子的双稳态特性。得出了该转子可能发生双稳态现象的偏心率界限为ε>0 61。分析了后支承刚度、传动功率、油膜分布对双稳态特性影响,研究了排除和改善双稳态现象的方法。     

航空发动机系统的动力分析

以包含复杂转子系统及支承结构系统的发动机总体模型为研究对象, 进行动态特性及动响应分析。为合理解决计算的准确性与经济性之间的矛盾, 提出了模态阻抗综合分析法, 将整体系统动力学问题化为低阶运动方程求解。应用按本文方法编制的程序对某型航发进行了整体动应力计算, 结果与实际相符。      

计及轴向力影响的传递矩阵精确公式

在计及轴向力作用并考虑剪切变形的情况下 ,本文对转子轴段的受力与变形状态进行了较为细致的分析 ,导出了两种不同形式的等直截面轴段传递矩阵精确公式。实例分析及其与实验结果的对比 ,不仅表明了轴向力对转子支承系统的动力特性确实存在着不宜忽略的影响 ,同时也验证了精确公式的良好准确性。     

一种计算转子不平衡响应的新方法

建立了以状态方程和转移矩阵为基础的分析方法，以分析复杂转子的不平衡响应。在不必事先确定转子系统固有振型及自振频率的情况下，利用此方法可直接求得转子振动响应的精确解。该方法与传递矩阵法相结合，可容易地求解复杂转子系统的不平衡响应问题。算例分析表明，该方法简捷有效     

叶片丢失激励下航空发动机柔性转子系统的动力学响应

为揭示叶片丢失激励下转子系统动力学响应特征,考虑涡扇发动机低压转子刚度/质量分布特征、载荷传递特征、转静件耦合特征等,建立了高速柔性悬臂转子系统动力学模型。对突加不平衡激励及持续碰摩约束下转子系统动力学响应特性进行分析。结果表明:所建立转子动力学模型可以有效反映叶片丢失激励下转子冲击振动和复杂简谐振动响应特征。在突加不平衡激励下转子系统的瞬态振动响应加剧,具有显著冲击响应特征,并伴有转子横向固有振动。持续碰摩所产生的约束作用可使转子临界转速发生变化,虽然响应幅值降低,但频率成分及转子振动趋于复杂。      

带非线性支撑的转子有限元模型求解方法

用数值方法研究了非线性支撑的柔性转子系统的动学行为,提出了一种将有限元与非线性支撑结合的模型和求解方法。利用有限元法(FEM)构建转轴和转盘部分的模型,通过矩阵进行组合;利用离散元方法对包含滚动轴承和挤压油膜阻尼器(SFD)的支撑部分进行建模,此部分包含4个单元,分别为轴承内圈、外圈、SFD内圈和支撑鼠笼。有限元部分和离散元部分通过轴端节点相连,仿真过程中轴端位移传递给非线性支撑部分,支撑部分通过位移计算得到的非线性力反过来作用于有限元转子轴端部分。为了耦合求解有限元转子和非线性支撑组成的数学模型,提出了一种综合的迭代求解方法,克服传统的有限元求解方法对轴端隐性非线性支撑的求解局限性。由于转轴部分采用了Timoshenko梁单元建模,对比与简单转子模型,可以考虑陀螺力矩和轴的柔性特征,更能体现非线性支撑对振动真实影响。在建立的20个轴单元的有限元转子模型中,非线性响应更多体现在靠近非线性支撑的节点1和节点21处,响应频谱中靠近轴端的节点能体现出滚动轴承的2倍和3倍变柔振动频率。     

用子结构传递矩阵法计算航空发动机转子-支承系统动力特性

子结构传递矩阵法是一种用于计算复杂转子系统动力特性的方法.利用子结构传递矩阵法对某转子系统动力特性进行了计算分析,同时改变不同位置的支承刚度,目的在于探求哪个支承刚度对该转子临界转速的影响最显著.结果表明：低压涡轮后支承的刚度变化对临界转速的影响最显著.     

多跨转子稳态不平衡响应研究

作者在Lund提出的有阻稳态不平衡响应计算方法的基础上,导出了多跨转子计及轴间套齿联轴器角向刚度C_hx)及C_(hy)的结点传递矩阵,结点左、右转角之间关系可表示为;     

直升机旋翼系统载荷分析技术

直升机的飞行过程是一个复杂机械集合体在空气动力作用下进行复杂运动的过程,文中采用二阶升力线方法,进行非线性空气动力学动态/静态分析,通过弹性/刚性梁单元 弹簧连接件的处理方法和多体动力学方法,计算旋翼空气动力学和结构动力学的耦合影响。     

传递矩阵-直接积分法及其应用

本文提出了借传递矩阵法建立“特征盘”的运动方程,然后借直接积分法求解,用以求转子-支承系统的临界转速、振型、不平衡响应、及稳定性分析的方法。导出了在考虑其本身的转动惯量、质量、剪切应力影响下的轴段传递矩阵。以实例说明了借传递矩阵法建立“特征”微分方程组的过程。计算与实测了一个模型转子-支承系统的不平衡响应、临界转速及振型,二者基本吻合。