裂纹转子动力学特性的有限元模拟研究-机械设计及理论专业论文.docxVIP

摘 要转子系统作为旋转机械的核心部件，由于其载荷复杂，易产生裂纹萌生。当前，对其动力学特性以及故障机理的研究，通常采用简单离散的建模方法，这种方法对复杂转子结构的定量分析往往存在较大的局限性，因此，研究裂纹转子动力学行为的有限元建模与分析方法对于定量研究裂纹转子的动力学特性和指导转子的设计具有重要理论意义和实用价值。在ABAQUS有限元软件平台下，建立了裂纹转子的三维实体模型，通过对VDLOAD子程序的二次开发实现了非线性油膜力载荷的有效模拟，实现了裂纹转子在油膜支撑条件下的动力学三维仿真分析。建立了单裂纹转子在铰支和油膜力支撑条件下的模型，以及裂纹夹角呈0°、90°和180°的双裂纹转子模型，采用接触单元模拟了转子裂纹的开闭效应，并分别研究了其动力学特性，包括：时域、频谱、轴心轨迹和两条裂纹的开闭特性和相互关系。设计了单裂纹、双裂纹转子试验，对单裂纹和双裂纹转子动力学特性仿真分析结果进行了验证。基于Traction-Separation-Law理论，在ABAQUS中利用Cohesive单元模拟了转子裂纹的动态扩展，并分析了裂纹扩展对转子动力学行为的影响。关键词：裂纹转子，ABAQUS，油膜力，裂纹扩展第 I 页ABSTRACTRotorsystemasthecoreofrotatingmachinerycomponents,isapttohavecrackinitiationduetothecomplexloads.Nowadays,discretemodelingmethodiswidelyusedtoresearchthedynamiccharacteristicsandmechanismoffailure,whichhasmuchlimitationinquantitativeanalysisofcomplexrotorsystem.SotheFiniteElementmodelingandanalysismethodhasgreattheoreticalandpracticalsignificanceinthequantitativeanalysisofthedynamicbehaviouranddesignofthecrack-rotor.BasedontheplatformofABAQUS,wesetupthethree-dimensionmodelofthecrack-rotor,usedVDLOADsubroutinetosimulatenon-linearoil-force,researchedthedynamiccharacteristicsofcrack-rotorunderoil-forcesupport.Inthispaper,wesetupacrackedrotorwhichunderhingedsupportandoil-forcesupport;wealsosetuparotorwithtwocrackswhoseorientationanglevariesfrom0°to180°,usedcontactlawtosimulate thebreathing behaviourofthe cracks,analysedthedynamiccharacteristicsofthem,acquiredthetimedomaindiagram、frequencydomaindiagram、orbitdiagramandthecrackbreathingbehaviour.ToverifytheresultoftheFEAsimulationanexperimentwasdesignedtoresearchthedynamicbehaviourofarotorwithoneortwocracks.BasedonthetheoryofTraction-Separation-Law,Cohesiveelementareusedtosimulatethecrackpropagationanditsinfluenceontherotordynamicbehaviour.Keywords:cracked-rotor,ABAQUS,oil-force,crack propagation.目 录摘 要 .......................................................................... IABSTRACT ...................................................................... II目 录 .....................................