一种滚动轴承-转子系统的瞬态响应分析方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115964811A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202111188971.X(22)申请日2021.10.12(71)申请人中国航发商用航空发动机有限责任公司地址200041上海市闵行区莲花南路3998号(72)发明人陈政王少辉钱鹏翁依柳(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公司31100专利代理师喻学兵(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F119/14(2020.01)G06F111/04(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种滚动轴承-转子系统的瞬态响应分析方法(57)摘要本发明公开了一种滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，包括以下步骤：S1、建立滚动轴承‑转子系统的有限元模型；S2、对滚动轴承‑转子系统的有限元模型中的各部件建立连接关系、施加约束条件；S3、建立滚动轴承‑转子系统各部件的子结构，并采用模态综合法对所述有限元模型进行缩减；S4、获取滚动轴承‑转子系统的刚度矩阵K、质量矩阵M和阻尼矩阵C，建立滚动轴承‑转子系统动力学模型；S5、采用Newmark‑β数值迭代方法，对滚动轴承‑转子系统进行瞬态分析并求解。采用模态综合法对模型进行缩减降低了对系统的瞬态求解计算的计算量，并且结合Newmark‑β方法中将加速度进行插值计算，因此在方程求解计算中可以获得更佳的计算精度和计算速度。CN115964811ACN115964811A权利要求书1/2页1.一种滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立滚动轴承‑转子系统的有限元模型；S2、对所述滚动轴承‑转子系统的有限元模型中的各部件建立连接关系、施加约束条件；S3、建立所述滚动轴承‑转子系统各部件的子结构，并采用模态综合法对所述有限元模型进行缩减；S4、获取所述滚动轴承‑转子系统的刚度矩阵K、质量矩阵M和阻尼矩阵C，建立滚动轴承‑转子系统动力学模型；S5、采用Newmark‑β数值迭代方法，对所述轴承‑转子系统进行瞬态分析并求解。2.如权利要求1所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，所述有限元模型包括线性模型和非线性模型，所述线性模型为所述滚动轴承‑转子系统整体模型，所述非线性模型在所述线性模型建立完成之后导入。3.如权利要求2所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，所述线性模型利用ANSYS软件的APDL功能建立梁单元和弹簧单元模型，并采用质量单元施加约束条件。4.如权利要求3所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，所述线性模型包括转轴、中衬套和外壳体结构；采用BEAM188梁单元模拟所述转轴、所述中衬套和所述外壳体结构。5.如权利要求3所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，所述线性模型包括转轴、中衬套和外壳体结构；采用COMBI214弹簧单元模拟所述转轴、所述中衬套、所述外壳体之间的连接关系。6.如权利要求3所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，所述线性模型包括转轴、中衬套和外壳体结构；采用MASS21质量单元对所述外壳体六个自由度的全约束。7.如权利要求2所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，非线性模型利用ANSYS软件的APDL功能建立梁单元和弹簧单元模型，并结合Hertz接触模型。8.如权利要求1所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，S4中获取所述滚动轴承‑转子系统的刚度矩阵K、质量矩阵M和阻尼矩阵C包括：S4.1、利用ANSYS的HBMAT命令导出缩减模型格式为Harell‑Boeing刚度矩阵K、质量矩阵M，所述阻尼矩阵C采用瑞利阻尼。9.如权利要求1所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，S4中获取所述滚动轴承‑转子系统的刚度矩阵K、质量矩阵M和阻尼矩阵C包括：S4.2将格式为Harell‑Boeing刚度矩阵K、质量矩阵M先转化为MatrixMarket格式，再由MatrixMarket格式转换为全矩阵形式。10.如权利要求1所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，所述滚动轴承‑转子系统动力学模型为：其中，M、C、K分别为所述滚动轴承‑转子系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，分别为所述滚动轴承‑转子系统的加速度、速度和位移振动响应，Fu为不平衡力、2CN115964811A权利要求书2/2页Fb为非线性力、Fr表示径向载荷。11.如权利要求1所述的滚动轴承‑转子系统的瞬态响应分析方法，其特征在于，根据采用Newmark‑β数值迭代方法的求解结果应用到至少为不对中、松动、碰摩、裂纹和失谐其中