基于有限元素法的挤压油膜动力特性研究

挤压油膜阻尼器(SFD,SqueezeFilmDumpers)因减振效果显著,目前广泛应用于航空发动机等高速旋转机械中.在基于雷诺方程的短轴承近似解或长轴承近似解基础上,提出了求解带挤压油膜阻尼器的转子支承系统稳态动力特性的有限元挤压油膜计算方法,该方法能有效地模拟转子系统在各种工作条件下的油膜力模型.为了验证上述理论分析结果,用有限元法计算了带挤压油膜阻尼器转子系统的油膜压力分布和油膜阻尼,分析中还考虑了油膜惯性力的影响.通过对某发动机转子支承系统的模拟计算,并与试验结果进行对比分析,证明给出的系统动力特性计算方法及性能分析结果可用于工程实际.

新型挤压油膜阻尼器油膜压力特性分析

利用达朗贝尔原理,建立了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器转子系统的运动方程,得到了相对偏心率的数学表达式;通过对比分析传统挤压油膜阻尼器与新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的油膜压力分布特性,证明了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的油膜刚度在较大的偏心率范围内基本呈线性变化,解决了传统挤压油膜阻尼器所存在的油膜刚度高度非线性的问题。

挤压油膜阻尼器结构参数对气穴现象影响的实验研究

在实验的基础上，研究了挤压油膜阻尼器的结构参数诸如偏心率、油膜的径向间隙比和承载长度等对气穴现象的影响。上述结构参数保持不变时，借助高速摄影机观察了不同转速工况的气穴现象，归纳出两种不同成份组成的气穴。同时，还测试和分析了气穴现象对挤压油膜压力分布的影响。以上结果对建立新挤压油膜阻尼器理论模型具有重要参考和利用价值。

压膜阻尼作用下微机械谐振器动力学分析

静电驱动微机械谐振器由于其高频率、低功耗和小型化被广泛应用于工作在空气中和液体中的化学传感器和生物物种传感器中。对于微机械谐振器,作为表面效应的空气阻尼以及三次非线性静电刚度会显著影响器件的动态响应特性。通过压膜阻尼理论,探究了双端固支梁在自由振动过程中由于环境压力引起的空气阻尼和三次非线性静电刚度对微梁的运动形态、谐振响应等性能参数的影响,发现了双极板微谐振器振动特性与环境压力以及立方非线性静电刚度的关系。结果表明:环境压力的增加会使微机械谐振器的共振频率增加,振动的幅值以及共振漂移的幅度减小。微机械谐振器在小位移振动时,通过对幅频曲线的分析发现,三次非线性静电刚度会使微机械谐振器表现出或软或硬的非线性特性且不可忽略。

挤压油膜实验和计算机仿真研究

通过对实验原理进行理论分析, 采用Fortran, Matlab软件对实验进行数值模拟仿真, 利用仿真对比分析实验中出现的压力有肩、位移飘动以及压力位移曲线存在相位差等现象。

基于挤压油膜理论的二维电液压力伺服阀稳定性分析

针对飞机液压刹车系统,设计了一种2D电液压力伺服阀,以2D伺服螺旋机构为导阀,通过弹簧与主阀联动,采用直线位移传感器形成闭环位置反馈,精确控制出口压力;基于挤压油膜理论设计阀体结构,增大系统阻尼比,提高系统稳定性;在建立阀和油膜缓冲数学模型的基础上,仿真分析了主阀正开口量与弹簧变形量和主阀输出压力之间的关系,确保该阀具有良好的电流-压力特性;对初始系统、减小开环放大系数和增大系统阻尼比三种情况进行了稳定性仿真分析,验证了引入油膜阻尼缓冲设计的必要性。

参数变化对带挤压油膜阻尼器的双盘转子系统响应的影响

研究了航空发动机模拟低压转子的动力学响应随系统参数的变化。首先基于实际的发动机模拟低压转子,建立了弹性支承-两端带挤压油膜阻尼器的双盘转子动力学模型,推导了其运动微分方程。对于这个12维的动力学方程组,采用数值方法进行了求解。研究了支承刚度,两盘质量比,阻尼系数变化对系统响应的影响。并在多个条件下发现了非线性的拟周期响应。

基于FLUENT不同接触角下径向滑动轴承润滑性能研究

文章以某型舰径向滑动轴承为模型,针对接触角结构参数变化对轴承润滑性能的影响,采用UG软件建立了轴承不同接触角参数下油膜模型,采用ICEM划分了油膜四面体网格,通过FLUENT仿真软件分析了轴承稳定工况不同接触角大小与轴承油膜压力分布、承载力关系和气穴程度的关系,得出了轴承在接触角为116°附近时轴承承载力最大,其结论可为大型舰径向滑动轴承的设计、试验和制造提供理论支撑。

基于FLUENT轧机油膜轴承空化现象的仿真与分析

基于RANS方程和两相流模型以及自然空化模型,采用有限体积法建立了气、液混合数值模拟方法,并对计算域进行分块网格划分,模拟了轧机油膜轴承的空化现象以及空穴区的迁移情况,得到油膜的压力场和不同转速下空穴区气相体积分数分布。研究发现:影响油膜发生空化现象的主要因素是流场的局部绝对压强,转速对空穴区的迁移有明显的影响,而流场的边界状态是仿真成功的关键。本次研究内容对优化油膜轴承的结构以及提高油膜的工作稳定性提供了有效的参考。

非同心型挤压油膜阻尼器空化流场特性数值模拟

为分析非同心型挤压油膜阻尼器的空化流场特性,本文利用Mixture多相流模型、Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)空化模型与动网格技术,建立了其三维非定常空化流场数值模型。计算了不同供油压力条件下内环进动的不同时刻挤压油膜阻尼器流场的压力与气相体积分数分布,并得到了阻尼器外环3处监测位置的油膜压力与气相体积分数的瞬时变化。将数值模拟得到的油膜压力与文献中实验测得的油膜压力进行对比,结果显示两者基本一致,验证了本文的数值模拟方法具有较好的准确性。分析表明:升高供油压力会使得该阻尼器空化流场高压区范围增大并移向进油侧,使得低压区移向出油侧并且气相体积分数显著地减小。

弹性环式挤压油膜阻尼器流固耦合计算

为了了解弹性环式挤压油膜阻尼器减振特性,基于流固耦合求解的计算方法,在运动学和动力学条件均得到满足的前提下,通过实例建立弹性环式挤压油膜阻尼器的油膜和弹性环有限元耦合模型,应用有限元方法计算得到详细的弹性环变形和油膜压力特性等流固耦合结果,在此基础上探讨了弹性环式挤压油膜阻尼器的减振机理以及与传统挤压油膜阻尼器在减振机理上的差异。结果表明:弹性环式挤压油膜阻尼器内的油膜压力分布趋势与传统挤压油膜阻尼器趋势相当,但呈现与油腔间隔相关的阶梯状分布,弹性环的计算结果也较传统方法的更为复杂。

挤压油膜阻尼器压力分布的实验研究

对挤压油膜压力分布进行了测试。结果表明，挤压油膜有较大的负压存在，且当转达不断升高时，最大负压值基本维持在蒸汽压的水平。这说明现行采用类似静载普通轴承的理论分析方法，即按空气气穴和负压置零的边界条件求解压力分布是不妥的。需寻求新的理论模型。本文将为建立新理论分析方法提供依据和验证。

低供油压下挤压油膜阻尼器空穴效应试验研究

挤压油膜阻尼器(squeeze film damper,SFD)正常工作时避免不了会出现油膜空穴,为了研究SFD长时间运行时转子基频振动变化以及SFD油膜空穴效应对SFD内外环金属表面空化侵蚀情况,基于全尺寸航空发动机高压转子试验台开展了低供油压力(0.02~0.05 MPa)下SFD空穴效应试验研究,考察SFD在临界转速处长时间运行时转子基频振动变化,以及长时间运行后油膜空穴对SFD内外表面形貌的影响,试验结果表明:长时间运行后SFD油膜空穴会对SFD内环表面产生侵蚀作用,形成水滴形、椭圆形以及形状不规则的凹坑群,证明了在临界转速附近考核SFD空穴效应是SFD低供油压力下安全运行必要的试验内容.

基于两相流模型的挤压油膜阻尼器空化流场特性数值模拟

基于气液两相流理论中的Mixture模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用动网格技术建立了两端开口中心槽供油型挤压油膜阻尼器三维非定常空化流场求解模型。数值模拟表明:随着阻尼器内环进动,考虑两相流动的油膜低压区在中心槽的两侧产生两道对称的条状负压带,条状带内具有较高的气相体积分数;阻尼器低压区的压力和气相体积分数对进油孔位置十分敏感,阻尼器油膜力和流场气穴比的变化频率与进油孔数密切相关。内环同心进动半径、进动频率对阻尼器空化流场影响的数值计算表明,进动半径和频率的增大均会使得流场内的空化现象加剧,同时气穴比的相位滞后现象愈加显著。

断油时挤压油膜阻尼器的空气气穴流型及减振特性实验研究

针对挤压油膜阻尼器在断油的工况下开展实验研究,考察阻尼器的气穴现象及其对阻尼器减振特性的影响,结果表明在供油压力较低的工况下,当轴径偏心率仅为0.13时时,阻尼器便从外界吸入空气到阻尼器油腔内,气液两相流的流型呈周期性变化,且多为非均相流;在气穴的影响下,阻尼器油腔内出现恒压区,油膜压力大幅减小;等效油膜阻尼系数呈周期性变化,阻尼效果减弱;阻尼器轴径偏心率越大,空气吸入量越大,阻尼器的油膜压力和等效阻尼系数越低。

三种空化模型下挤压油膜阻尼器空化流场特性对比

为准确预测挤压油膜阻尼器空化流场特性,基于ANSYS-Fluent软件建立非同心型挤压油膜阻尼器三维非定常空化流场求解模型.分别采用Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)、Schnerr-Sauer(S-S)及Singhal三种空化模型计算得到挤压油膜阻尼器各测点的压力结果,并将其与实验数据进行对比,比较了三种空化模型下阻尼器内的油膜压力与气穴分布、流场中的气穴比以及油膜力特性.结果表明,三种空化模型中S-S模型的数值结果与试验数据最为吻合,适用于描述挤压油膜阻尼器空化流场特性,为挤压油膜阻尼器空化流场模拟提供了可靠的模型和方法.

涨圈密封挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性

为研究两端密封型挤压油膜阻尼器流场与阻尼特性,建立了涨圈密封挤压油膜阻尼器三维非定常流场数值仿真模型。基于Fluent软件中的Mixture多相流模型和Schnerr-Sauer空化模型数值模拟得到动态油膜压力与气相体积分数的周向分布规律。将计算得到的阻尼器油膜压力与文献中的试验数据对比,结果显示:两者具有较高的一致性。由动态油膜力导出的平均等效阻尼系数与试验采用阻抗法识别的结果相比仅有0.6%的偏差,从而验证了该数值模型与预测方法的有效性。进一步的数值计算表明增大进动半径、进动频率、涨圈密封的狭缝宽度均会使挤压油膜阻尼器流场中的空化现象加重,同时等效阻尼系数降低。