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申请/专利权人：北京化工大学

摘要：本发明公开了一种基于转静耦合的碰摩故障仿真模型构建方法，实现了考虑转静耦合的机匣叶片碰摩故障模拟模型构建，能够获得与实际旋转设备发生碰摩故障时产生相似振动响应特性的动力学仿真模型。对转子‑支承‑机匣模型进行能量分析，基于Hamilton原理构建转子‑支承‑机匣系统运动微分方程；对叶片进行能量分析，基于Hamilton原理和梁函数组合法，获得叶片运动微分方程；通过龙格库塔法以时间序列对叶片和转子‑支承‑机匣系统的运动微分方程进行求解，得到叶尖和机匣振动。通过设置局部的不均匀间隙，利用求解得到的叶尖和机匣振动，并计算系统的相对振动，进一步判定碰摩故障是否发生。通过模型，修改所设置的局部的不均匀间隙大小以模拟碰摩故障。

主权项：1.一种基于转静耦合的碰摩故障仿真模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对转子-支承-机匣模型进行能量分析，获得转盘、机匣和支承的平动动能，转盘的旋转动能，以及转盘、支承、机匣间连接件与固定件弹性势能，基于Hamilton原理构建转子-支承-机匣系统运动微分方程；S2：对叶片进行能量分析，获得叶片的弯曲势能、薄膜应变能、离心势能、旋转动能以及平动动能，基于Hamilton原理和梁函数组合法，获得叶片运动微分方程；S3：通过龙格库塔法以时间序列对叶片和转子-支承-机匣系统的运动微分方程进行求解，得到叶尖和机匣振动；通过设置局部的不均匀间隙，利用求解得到的叶尖和机匣振动，并计算系统的相对振动，进一步判定碰摩故障是否发生；S4：通过模型，修改所设置的局部的不均匀间隙大小以模拟碰摩故障；所述S4：通过模型，修改所设置的局部的不均匀间隙大小以模拟碰摩故障，具体为：通过LM碰摩力模型（41）计算碰摩力： （41）其中，表示碰摩刚度，表示恢复系数，表示碰摩速度，表示初始碰摩速度；rr表示叶尖和机匣之间的相对振动；根据式（41），通过改变即叶尖间隙，改变碰摩力FN-k的大小，进而改变碰摩故障程度；所述转子-支承-机匣模型对应的结构包括叶片、转盘、转子轴、支承以及机匣，其中机匣为圆柱型壳体，叶片、转子和支承均设置于机匣内部，机匣横向设置，即其圆柱形中心轴与水平面平行；机匣两侧各设一个支承，支承沿圆柱形两底面圆的直径设置，支承与圆柱体中心轴垂直；转子轴设置在机匣的圆柱形中心轴位置处，转子轴两端与两支承固定连接；转子轴上设有转盘，转盘边沿均匀设有叶片；针对以上结构构建转子-支承-机匣模型如下：选择其中一个支承的质心位置为原点，以转子的轴向为X轴，转子轴的中心轴线与两支承的质心连线重合；YOZ平面垂直于X轴，沿转子径向，由此构建OXYZ坐标系；转盘的位移向量为，zd为转盘在Z方向的位移，yd为转盘在Y方向的位移，α为转盘沿Z方向的转角，β为转盘沿Y方向的转角；机匣和机匣不考虑转角，支承位移向量为，zc-n为支承n在Z方向的位移，yc-n为支承n在Y方向的位移，支承n沿Z方向和Y方向的转角均为0，n取值为1和2，分别指代两个支承；机匣的位移向量为，zs为机匣在Z方向的位移，ys为机匣在Y方向的位移，机匣沿Z方向和Y方向的转角均为0。

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