转子系统积油故障的仿真研究

论文摘要

转子系统腔体内常贮有或泄漏入液体,构成了积液转子系统。如航空发动机转子的鼓筒段及轴的内腔,由于设计不当或工作失常,积液故障时有发生。只要有少量的内腔积液,就会显著地影响转子系统的振动特性。在本文中,首先利用有限元法对转子系统的动力学特性进行了分析,建立了转子系统的刚柔混合虚拟样机模型,并通过实验验证来修正模型。在此基础上,建立具有积油的虚拟样机模型,进行了动力学仿真,定性地分析了积油对转子系统稳定性的影响和积油的运动情况,并进行了实验验证。取得如下成果：(1)对某航空发动机的简化转子系统进行了建模,并用ANSYS和MATLAB语言编制程序,求解简化转子系统的前四阶固有频率和振型,为下文建立的转子系统虚拟样机模型分析做准备。(2)利用SOLIDWORKS建立简化转子系统的三维实体模型,导入到多体动力学软件MSC.ADAMS中,并将转轴转换为柔性体,建立简化转子系统的虚拟样机模型,进行动力学仿真。通过实验验证,对虚拟样机模型进行了有效的修正,使转子系统虚拟样机模型具有良好的仿真精度。(3)在转子系统的积油盘中,充入少量的油,形成了具有积油的转子系统。通过实验观察具有积油的转子系统在低转速和一阶临界转速附近时,积油在积油盘腔体内的分布情况。(4)根据实验观察到的积油的分布情况,对转子系统的积油进行简化,在保证流体的质量和密度不变的情况下,设流体的流型不变。建立具有积油的转子系统虚拟样机模型。进行了积油故障转子系统的动力学仿真,得到仿真结果。和试验台结果对比,定性地分析了转子腔体积油对转子系统的影响和积油的运动情况,并加以实验验证。本文以某航空发动机的简化转子系统模型为研究对象,对转子系统的积油故障进行了仿真研究,分析了积油对转子系统稳定性的影响和积油的运动情况。通过实验验证证明了采用多体动力学MSC.ADAMS软件对转子系统积油故障进行仿真分析的可行性,为航空发动机的转子系统积油现象分析提供了理论参考,有着积极的现实意义和经济价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的意义
• 1.2 国内外相关研究状况
• 1.3 本文的主要内容
• 第2章 虚拟样机技术和ADAMS软件
• 2.1 引言
• 2.2 虚拟样机技术
• 2.2.1 虚拟样机技术的定义
• 2.2.2 虚拟样机技术的特点
• 2.2.3 虚拟样机技术的应用
• 2.3 ADAMS软件
• 2.3.1 ADAMS软件介绍
• 2.3.2 ADAMS软件主要模块
• 2.3.3 ADAMSr的相关科研应用
• 2.4 ADAMS多体系统动力学研究概述
• 2.4.1 ADAMS多刚体系统动力学理论基础
• 2.4.2 ADAMS多柔体系统动力学理论基础
• 2.5 本章小结
• 第3章 转子系统的固有动态特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 转子系统的动力学模型建立
• 3.3 转子系统的固有频率计算
• 3.3.1 基于ANSYS的有限元法计算固有频率
• 3.3.2 基于MATLAB的有限元法计算固有频率
• 3.4 ANSYS有限元法和MATLAB有限元法计算结果对比
• 3.5 本章小节
• 第4章 转子系统虚拟样机模型建立及实验验证
• 4.1 引言
• 4.2 转子系统的结构及性能参数
• 4.2.1 转子系统的结构形式及工作原理
• 4.2.2 转子系统工作性能参数
• 4.3 转子系统刚柔混合模型的建立及仿真
• 4.3.1 Solidworks与ADAMS环境中的模型建立
• 4.3.2 设置工作环境
• 4.3.3 添加约束
• 4.3.4 添加驱动
• 4.3.5 添加轴承支承刚度
• 4.3.6 利用ADAMS/AutoFlex建立柔性体轴
• 4.3.7 仿真分析与仿真结果后处理
• 4.4 转子系统的刚柔混合模型仿真的实验验证
• 4.5 转子系统的刚柔混合模型的修正
• 4.6 小结
• 第5章 转子系统积油故障的仿真
• 5.1 引言
• 5.2 转子系统积油故障刚柔混合模型的建立
• 5.2.1 积油的简化
• 5.2.2 转子系统积油故障模型的建立
• 5.3 转子系统积油故障的仿真分析
• 5.3.1 积油为35号机油
• 5.3.2 积油为4050号润滑油
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文