渦輪增壓器的基礎(chǔ)激勵(lì)辨識(shí)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文渦輪增壓器的基礎(chǔ)激勵(lì)辨識(shí)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究姓名：應(yīng)廣馳申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論指導(dǎo)教師：孟光20080901摘要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方法的有效性和可行性，并且用來反演的可測量點(diǎn)越多，獲得的不可測點(diǎn)的響應(yīng)越精確。這是第二種獲得基礎(chǔ)激勵(lì)的方法。第三，利用對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)—排氣管一渦輪增壓器整體系統(tǒng)理論建模的方法，獲得渦輪增壓器中間室的響應(yīng)。在對(duì)整體發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)整體系統(tǒng)分解成發(fā)動(dòng)機(jī)主體和排氣管渦

2、輪增壓器兩個(gè)子系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)主體子系統(tǒng)用剛體運(yùn)動(dòng)建模，排氣管渦輪增壓器子系統(tǒng)用實(shí)驗(yàn)和有限元模態(tài)分析相結(jié)合的方法建模，然后用自由界面模態(tài)綜合法對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行綜合，獲得整體系統(tǒng)的固有頻率和振動(dòng)響應(yīng)。計(jì)算得到的與實(shí)驗(yàn)測量的固有頻率非常吻合，而計(jì)算得到的與實(shí)驗(yàn)測量的振動(dòng)響應(yīng)也很接近。在考慮基礎(chǔ)激勵(lì)的渦輪增壓器轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究方面，主要包括三方面內(nèi)容。第一，對(duì)渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子建立線性動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行進(jìn)行轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性研究，包括模態(tài)分析和臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算，

3、以確保渦輪增壓器的工作轉(zhuǎn)速能遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子的各階臨界轉(zhuǎn)速，從而獲得安全平穩(wěn)的運(yùn)行。計(jì)算得到的自由轉(zhuǎn)子的固有頻率和模態(tài)振型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的可靠性。此外，還對(duì)含基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速分析，研究不同的基礎(chǔ)的質(zhì)量和支承剛度對(duì)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速的影響。計(jì)算表明，基礎(chǔ)的質(zhì)量和支承剛度只對(duì)基礎(chǔ)自由度振動(dòng)的固有頻率有影響，而對(duì)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速?zèng)]有影響。第二，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)激勵(lì)和非線性油膜力，建立渦輪增壓器轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，計(jì)算轉(zhuǎn)子

4、在偏心慣性力作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，研究了轉(zhuǎn)子隨轉(zhuǎn)速變化的分叉規(guī)律以及基礎(chǔ)激勵(lì)對(duì)轉(zhuǎn)子非線性動(dòng)力學(xué)行為的影響，并與沒有基礎(chǔ)激勵(lì)時(shí)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)考慮基礎(chǔ)激勵(lì)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為明顯不同于沒有基礎(chǔ)激勵(lì)的情況。基礎(chǔ)激勵(lì)會(huì)通過非線性油膜力非常顯著的影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)行為，例如基礎(chǔ)激勵(lì)會(huì)使轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)產(chǎn)生眾多分頻和倍頻成分，在低轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)使原本單周期的運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹芷?運(yùn)動(dòng)，基礎(chǔ)激勵(lì)會(huì)降低轉(zhuǎn)子發(fā)生油膜渦動(dòng)和混沌運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速。但由于基礎(chǔ)激勵(lì)本身的頻率就

5、比較低，基礎(chǔ)激勵(lì)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的影響主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較低的階段，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，基礎(chǔ)激勵(lì)的影響也逐漸減小。第三，研究含有裂紋故障和碰摩故障的轉(zhuǎn)子在基礎(chǔ)激勵(lì)的作用下的動(dòng)力學(xué)問題，提取在基礎(chǔ)激勵(lì)下的故障特征信息，進(jìn)一步揭示基礎(chǔ)激勵(lì)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)激勵(lì)對(duì)裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)有著復(fù)雜的影響，特別是轉(zhuǎn)子開始發(fā)生油膜渦動(dòng)的時(shí)候，基礎(chǔ)激勵(lì)的存在使裂紋力的作用更顯著?；A(chǔ)激勵(lì)的存在會(huì)增加轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩的可能性，也會(huì)加劇轉(zhuǎn)子碰摩的程度