[发明专利]一种弹性环式挤压油膜阻尼器的流固耦合计算模型

说明书

发明公开了一种弹性环式挤压油膜阻尼器的流固耦合计算模型，采用雷诺方程作为油膜的油膜控制微分方程，从而将油膜的三维流体力学模型简化为二维模型，减小了ERSFD流固耦合模型的自由度数目，压缩了计算规模，能够显著节省计算时间。并且采用梁的挠曲线微分方程描述弹性环的结构变形，把三维结构力学模型简化为一维模型，且根据弹性环的工作状态，设定弹性环段的边界条件为简支型，省去了凸台‑轴承座、凸台‑轴承外环之间的接触迭代过程，为计算效率的进一步提高提供了基础。

技术领域

本公开属于弹性环式挤压油膜阻尼器技术领域，具体涉及一种弹性环式挤压油膜阻尼器的流固耦合计算模型。

背景技术

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)是通过弹性环和油膜的耦合作用实现减振作用的。其中，弹性环整体结构为短圆柱形环，在圆柱形环的内外表面加工有均匀分布的凸台，在工程应用中弹性环的内表面和外表面的凸台数目相等，而且内凸台和外凸台呈交错分布的结构形式。ERSFD 的弹性环安装在轴承座和轴承之间，由于凸台和弹性环端部封严装置的存在，弹性环的内、外环面上会形成多个分段油膜腔，供油装置向油膜腔中提供一定压力和流量的润滑油，就构成了弹性环式挤压油膜阻尼器。

工程应用表明，设计优良的ERSFD可以起到非常显著的振动抑制效果，这方面做的比较好的是俄罗斯，ERSFD在俄罗斯的多型航空发动机中都有重要的应用。

当前，弹性环的结构力学模型构建主要依赖于有限元方法，油膜的流体力学模型构建主要依赖于流体力学理论中提出的各种流动模型，其中以k-ε模型为主。

正如上面描述的ERSFD的减振机制，ERSFD本身是通过油膜和弹性环的流固耦合作用产生阻尼效应的，到目前为止，对于ERSFD的流固耦合机制尚没有完全认识清楚，制约了设计水平的提升。弄清ERSFD的流固耦合机制必然离不开ERSFD的力学模型。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开目的在于构建一种计算效率高、计算耗时短的弹性环式挤压油膜阻尼器的流固耦合计算模型。

为了实现本公开目的，本公开所采用的技术方案如下：

一种弹性环式挤压油膜阻尼器的流固耦合计算模型，包括:

忽略沿油膜径向间隙方向压力的变化，将流体域中流体的三维模型简化为二维模型；采用雷诺方程建立流体域的油膜压力和油膜厚度之间的油膜控制微分方程；

将固体域中弹性环每个环段的三维结构模型转化为一维结构的梁模型，根据挠曲线微分方程建立弹性环段对应的弹性环变形控制方程；

根据周向边界条件和轴向边界条件确定油膜压力的边界条件方程；

根据油膜控制微分方程、弹性环变形控制方程和边界条件方程形成计算模型。

可选地，油膜压力和油膜厚度之间的油膜控制微分方程包括内油膜压力与内油膜厚度之间的控制微分方程、外油膜压力与外油膜厚度之间的控制微分方程；其中，

内油膜压力与内油膜厚度之间的控制微分方程是：

式中，R_i表示中层内油膜的半径，p_i(θ,z,t)表示内油膜压力， h_i(θ,z,t)为内油膜厚度，r(θ,z,t)为弹性环的变形函数，Ω表示轴颈涡动的角速度，μ表示油的粘度，θ和z分别表示周向和轴向坐标，t表示时间；

外油膜压力与外油膜厚度之间的控制微分方程是：

式中，p_e(θ,z,t)表示外油膜的压力，h_e(θ,z,t)为外油膜的厚度，R_e表示中层外油膜的半径。