有限元模型對雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果的影響

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1、有限元模型對雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果的影響慕鵬王克明繆輝艾書民(沈陽航空航天大學(xué)航空航天工程學(xué)部,遼寧沈陽110136)摘要:利用ANSYS分別對同一雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建立一維、二維和三維有限元模型。用該軟件自帶的參數(shù)化編程語言(APDL)編制這三種有限元模型的臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算程序,分別求出這三種模型對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速和主振型。把計(jì)算的結(jié)果與傳遞矩陣法求得的結(jié)果進(jìn)行對比,通過對比發(fā)現(xiàn),一維模型與傳遞矩陣法的計(jì)算結(jié)果較吻合,二維模型與三維模型的計(jì)算結(jié)果較吻合。結(jié)果表明合理建立有限元模型對計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性具有重要意義。關(guān)鍵詞:雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng);有限元模型;臨界轉(zhuǎn)速;

2、主振型;ANSYS中圖分類號(hào):V231.96文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ATheinfluenceofFiniteelementmodelonresultsofcriticalspeedsofadual-rotorsystemMUPengWANGKemingMIAOHuiAIShumin(DepartmentofAerospaceEngineering,ShenyangAerospaceUniversity,LiaoningShenyang110136)Abstract:Inthispaper,one-dimensional,two-dimensionalandth

3、ree-dimensionalfiniteelementmodelsarecreatedbyANSYSonthebaseofthesamedual-rotorsystem.ByusingANSYSParametricDesignlanguage(APDL),threeDual-rotorcriticalspeedscalculationprogramsarecompiledtofindoutcriticalspeedsandnormalmodesforthreemodelsrespectively.Comparingtheresultsofthree

4、modelstotheresultsoftransfermatrixmethod,theresultsofone-dimensionalmodeliscloselywiththeresultsobtainedbytransfermatrixmethod,andtheresultsoftwo-dimensionalmodeliscloselywiththeresultsofthree-dimensionalmodel.Theseresultsshowthatbuildingappropriatefiniteelementmodelshasimporta

5、ntsignificanceforcalculationofdynamiccharacteristicsofrotorsystems.Keyword:finiteelementmodel;dual-rotorsystem;criticalspeed;normalmode;ANSYS0引言航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性決定著航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性。臨界轉(zhuǎn)速特性作為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的重要組成部分,越來越受到廣泛關(guān)注。對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的研究和計(jì)算是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的重要內(nèi)容之一[1]。收稿日期:作者簡介:繆輝(1987-),男,江蘇常州人,在讀碩士

6、,主要研究方向:航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度、振動(dòng)及噪聲,E-mail:miaohui198707@yahoo.com.cn;王克明(1954-),男,遼寧沈陽人,教授,主要研究方向:航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度、振動(dòng)及噪聲。目前對轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法主要有傳遞矩陣法和有限元法。國內(nèi)外許多專家和學(xué)者普遍采用這兩種方法對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入而廣泛的研究,發(fā)展到今天,這兩種方法已經(jīng)很成熟。尤其在求解轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、不平衡響應(yīng)等問題時(shí),有限元法不僅表達(dá)式簡單、規(guī)范,還特別適用于轉(zhuǎn)子和周圍結(jié)構(gòu)組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析[2]。本文用ANSYS對一個(gè)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析,計(jì)算

7、和分析了不同有限元模型對雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果的影響。1結(jié)構(gòu)模型研究的雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型如圖1所示。該系統(tǒng)主要由內(nèi)軸、外軸、輪盤和軸承組成,其中盤1和盤4、盤2和盤3是對稱分布的,四個(gè)軸承中只有軸承3是聯(lián)接內(nèi)軸和外軸的中介軸承,其余軸承只與內(nèi)轉(zhuǎn)子或外轉(zhuǎn)子聯(lián)接。該模型可模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)的雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。該雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型參數(shù)如表1所示。由于內(nèi)轉(zhuǎn)子比外轉(zhuǎn)子更細(xì)長,加上兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的中介軸承的影響,所以雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性比單轉(zhuǎn)子系統(tǒng)更復(fù)雜。圖1雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖表1雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型參數(shù)(m)軸軸長內(nèi)徑外徑外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸0.40.040.06內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸0.800

8、.02盤內(nèi)徑外徑厚度至軸承1軸向距離盤10.020.220.050.1盤20.060.220.050.3盤3

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