[发明专利]轴-盘-叶片非轴对称旋转机械振动响应预测方法

权利要求书

1.一种轴-盘-叶片非轴对称旋转机械振动响应预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过对实际模型进行测量或者基于三维CAD模型获取轴-盘-叶片非轴对称旋转机械各零部件的简化后结构尺寸及位置信息；

步骤2、获取轴-盘-叶片非轴对称旋转机械各零部件的材料参数和物理参数；

所述的材料参数包括密度、杨氏模量和泊松比；所述的物理参数包括：轴承刚度和轴承阻尼、机匣刚度和机匣阻尼以及机匣支撑刚度和机匣支撑阻尼；

步骤3、基于步骤1和步骤2中的信息，利用ANSYS软件APDL语言编制功能对轴-盘-叶片非轴对称旋转机械进行有限元建模，得到相应的轴-盘-叶片系统有限元模型，具体包括：

步骤3.1、基于步骤1中的转轴尺寸、轮盘在转轴上的位置信息和轴承在转轴上的位置信息以及步骤2中的转轴材料参数，建立转轴的有限元模型；

步骤3.2、基于步骤1中的轮盘尺寸和在转轴上的位置信息以及步骤2中的轮盘材料参数，建立轮盘的有限元模型；

步骤3.3、基于步骤1中的叶片尺寸和在转轴上的位置信息以及步骤2中的叶片材料参数，建立叶片的有限元模型；

步骤3.4、基于步骤1中的机匣尺寸和位置信息以及步骤2中的机匣材料参数，建立机匣的有限元模型，采用线性弹簧单元连接机匣和机匣接地节点来模拟机匣刚度和阻尼以及机匣支撑刚度和支撑阻尼；若不考虑机匣结构，则忽略步骤3.4；若考虑机匣和叶片之间的接触作用，则在执行步骤3.4后继续执行步骤3.7；

步骤3.5、采用ANSYS中MPC184单元或接触单元或共享节点方法将转轴-轮盘、轮盘-叶片之间进行连接，具体为：MPC184单元通过节点之间建立MPC184单元，将转轴-轮盘、轮盘-叶片进行连接；或接触单元通过面-面接触单元或线面接触单元，将转轴-轮盘、轮盘-叶片进行连接；或通过“NUMMRG”命令把不同零件在同一空间位置处重合的节点合并为一个节点，将转轴-轮盘、轮盘-叶片进行连接；

步骤3.6、基于广义连接单元和线性弹簧结合的技术建立轴承有限元模型；

步骤3.7、基于ANSYS接触单元，对叶片叶尖节点和机匣节点之间建立接触对；

步骤4、对轴-盘-叶片系统有限元模型施加约束和转速条件；

步骤4.1、对轴承接地节点和机匣接地节点进行全约束；

步骤4.2、将转速边界条件转换为旋转角位移边界，并施加在与电机相连的转子轴端节点上，实现轴-盘-叶片转子系统的自转；

步骤5、对轴-盘-叶片系统有限元模型施加不平衡力；

步骤5.1、对轴-盘-叶片系统施加不平衡力，实现系统的涡动；若步骤3中，轮盘本身具有不平衡质量时，可忽略步骤5.1，能够自动实现系统的涡动；

步骤5.2、对轴-盘-叶片系统施加其他需求的外部载荷；

步骤6、通过Newmark数值迭代方法，对轴-盘-叶片系统进行瞬态分析，获取系统关注零部件的时域振动响应，并对时域振动响应进行时频域分析得到相应的振动响应特性。

2.根据权利要求1所述的轴-盘-叶片非轴对称旋转机械振动响应预测方法，其特征是，所述的步骤3.6，具体包括：

步骤3.6.1、在过轴承位置与转轴垂直的平面内，建立轴承节点和轴承接地节点；

步骤3.6.2、通过广义连接单元将轴承节点和转轴节点进行连接，只允许轴承节点和转轴节点存在绕旋转轴的相对转动，模拟轴承和转轴之间的相对转动；

步骤3.6.3、通过线性弹簧单元将轴承节点和轴承接地节点进行连接，模拟轴承的刚度和轴承阻尼。

3.根据权利要求1所述的轴-盘-叶片非轴对称旋转机械振动响应预测方法，其特征是，所述的步骤4.2，具体包括：

步骤4.2.1、计算任意时刻转子轴端节点应该转动的角位移函数其中t为当前时刻时间，ω(t)为对应时刻下的转速；

步骤4.2.2、基于角位移函数在ANSYS中创建表示角位移函数的“TABLE”；

步骤4.2.3、通过APDL命令流“D,Node,Lab,VALUE”在与电机相连的转子轴端节点上施加角位移，其中Node为节点编号，Lab为转子旋转轴方向，VALUE为步骤4.2.2中表示角位移函数的“TABLE”。