基于绝对节点坐标方法的柔性转子的动力学研究

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1、中图分类号：O326UDC分类号：531基于绝对节点坐标方法的柔性转子的动力学研究作者姓名殷新喆学院名称宇航学院指导教师荣吉利教授答辩委员会主席水小平教授申请学位工学硕士学科专业动力学与控制学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月DynamicsofflexiblerotordescribedbyAbsolute-Coordinate-BasedMethodCandidateName：XinzheYinSchoolorDepartment:SchoolofAerospaceEngineeringFacultyMentor:Prof.JiliRong

2、Chair,ThesisCommittee：Prof.XiaopingShuiDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：DynamicsandControlDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书

3、所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要实际工程中常见的机器都装有旋转部件即转子,比如汽轮机、发电机以及电动机等都是典型的旋转机器，都以转子作为工作的主体。机器运转时，转子系统常常会发生振动，其害处是降低了机器的工作效率，严重的时候该振动会使元件发生断裂。因此，应用转子动力学的理念，合理设计转子横向振动的自振特性，成为了一项重要课题。绝对节点坐标方法的问世开创了多体系统动力学研究的新时代。运用绝对节点坐标方法描述的梁、板、壳等单元均为等参单元，通过绝对节点坐标方法推导并

4、建立的多体系统动力学运动方程具有常数系统质量矩阵、不存在科氏力和离心力项，能够准确地描述出柔性系统的刚体运动，以上这些特点使得绝对节点坐标方法比之传统方法更能精确地解决多体系统动力学的问题，尤其是一些柔性大变形，大转动系统动力学问题。本文主要应用转子动力学的理念，考虑到绝对节点坐标方法的诸多优点，将其运用到转子动力学问题，探究该方法在转子动力学领域中的应用前景。首先介绍了转子动力学、运动学方程求解算法和绝对节点坐标方法的研究概况。随后运用绝对节点坐标方法，建立三维二节点圆截面绕轴自转梁模型，推导出考虑陀螺效应情况下的系统运动方程。最后通过编程进行数值仿真，对已

5、知参数的梁模型展开模态分析，将其与传统有限元方法计算结果进行对比，分析两种方法的相对误差。并且考察在绝对节点坐标方法中，转速和长径比的大小对进动频率的影响。此外，运用广义-α方法求解梁模型系统运动方程，计算出瞬态响应，拟合梁模型的幅频响应曲线，并且考察不同转速下梁模型幅频响应曲线的变化，验证了该方法计算梁模型瞬态响应的正确性。本课题的研究验证了绝对节点坐标方法在考虑陀螺效应情况下的转子动力学问题当中应用的可行性。因此，在实际工程中对转子进行模态分析、计算瞬态响应时，绝对节点坐标方法具有良好的应用前景。关键词：转子动力学；绝对节点坐标方法；陀螺效应；进动频率；幅

6、频响应曲线IAbstractIntheengineering,therearerotatingpartsinthecommonmachines,thatistherotor.Forexample,thesteamturbine,thegeneratorandelectromotorregardtherotorasthemainpart.Whenthemachineisworking,therotorsystemalwayscausesvibration.Thevibrationreducestheefficiency,itmayalsomakefracture

7、.Therefore,applyingtheconceptofrotordynamics,anddesigningforrotorvibrationcharacteristicsoflateralvibrationreasonablyhasbeenanimportantissue.Theappearanceoftheabsolutenodalcoordinatemethod(ANCM)hascreatedaneweraofthemulti-bodysystemdynamics.Thebeam,plateandshellelementswhichdescribe

8、dbyabsolutenodalcoo