文档介绍：国内图书分类号:TH133 O322 学校代码:10213
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工学博士学位论文
高维非线性转子—轴承系统的降维
与动特性研究
博士研究生: 王晋麟
导师: 黄文虎
副导师: 曹登庆
申请学位: 工学博士
学科: 一般力学与力学基础
所在单位: 航天学院
答辩日期: 2010 年 03 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TH133 O322
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Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
THE ORDER REDUCTION AND DYNAMICAL
CHARACTERISTIC OF HIGH ORDER
ROTOR-BEARING SYSYTEMS
Candidate: Wang Jinlin
Supervisor: Huang Wenhu
Associate Supervisor: Cao Dengqing
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Generally Mechanics and
Foundations of Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: March, 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
大型转子—轴承系统是电力、能源、交通、国防和化工等领域中广泛应用的
大型旋转机械的核心部件。随着大型旋转机械向高性能、柔性化的方向发展,其
转子—轴承系统越来越表现出强非线性、高维强耦合的特点。对于这种大型系统
来说,其非线性动力学特性非常丰富、复杂和难以理解,因此有必要对其进行深
入研究。滑动轴承的油膜力是其中极为典型的非线性因素之一,建立一个合理且
易于解析处理的油膜力是从事转子动力学研究的科学家与工程师的长期追求的目
标。降维方法及其有效性是大型转子—轴承系统非线性动力学特性研究中的另一
个关键问题。高维强非线性转子—轴承系统的降维处理不仅有利于系统动力学行
为的分析,而且可以节省大量的计算时间。
本文针对在大型转子—轴承系统中的两个难题,即滑动轴承油膜力模型的建
立和大型动力学系统的降维,进行了理论研究和数值仿真,并与已有的实验结果
进行对比,取得的主要成果有:
1. 基于短轴承假设,建立了椭圆轴承油膜力的解析表达式。参照基于短轴承
假设的 Capone 模型,首先导出椭圆轴承每个瓦块在其局部坐标系的油膜压力分
布的解析式和正压力区间,然后利用坐标变换得到整体坐标系的油膜压力分布,
积分后导出了油膜力的解析模型。以一个椭圆轴承支撑的单盘转子为例,采用数
值积分法求解系统的动态响应。数值结果表明:与利用变分法导出的油膜力模型
比较,在长径比小于 的情况下,本文提出的油膜力模型不仅具有很好的适用
性,而且可以节省计算时间。最后采用本文提出的模型分析了椭圆轴承的椭圆比
(预载荷系数)对 200MW 汽轮机组低压转子—轴承系统稳定运行的影响,通过与
已有的实验结果对比表明采用本文提出的模型所得结论是正确有效的。
2. 综合非线性 Galerkin 方法和后处理 Galerkin 方法的特点,提出了改进的非
线性 Galerkin 方法。用于耗散系统降维的非线性 Galerkin 方法和后处理 Galerkin
方法与标准 Galerkin 方法相比,提高了计算精度,但是用于实际系统的降维仍然
存在困难。本文综合这两种方法的特点提出了改进的非线性 Galerkin 方法,即将
原系统划分成“主子系统”、“从属子系统”和“可忽略子系统”,并利用近似惯
性流形将从属子系统的贡献导入到主子系统,获得了考虑部分高阶模态影响的低
维系统,在输出或者需要的某一时刻 T 再考虑可忽略子系统的影响进一步提高计
算结果的精度。然后通过一个典型的 5 自由度质量—弹簧系统为例阐明了新方法
的有效性。
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
3. 针对受周期激励作用的这一类大型非线性系统,将自治系统中的改进的非
线性 Galerkin 方法推广到