一種速度滑移工況下靜壓主軸系統(tǒng)流固耦合仿真分析方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種速度滑移工況下靜壓主軸系統(tǒng)流固耦合仿真分析方法，該方法包括：選擇Navier速度滑移模型模擬軸承流固界面速度滑移現(xiàn)象，建立考慮速度滑移情況下靜壓軸承油膜壓力分布的有限差分模型，求解油膜的壓力分布；借助ansys有限元軟件建立轉(zhuǎn)子和軸瓦及軸承座的有限元模型，應(yīng)用APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子和軸瓦及軸承座有限元模型求解；提取轉(zhuǎn)子和軸瓦及軸承座有限元模型相關(guān)節(jié)點(diǎn)的變形值，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到油膜厚度的計(jì)算中，實(shí)現(xiàn)對(duì)油膜壓力的重新求解；重復(fù)上述過(guò)程直至轉(zhuǎn)子和軸瓦及軸承座的變形達(dá)到穩(wěn)定。本發(fā)明考慮了固流界面速度滑移的影響，實(shí)現(xiàn)了靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的流體-結(jié)構(gòu)之間的雙向耦合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種速度滑移工況下靜壓主軸系統(tǒng)流固耦合仿真分析方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，涉及一種適用于靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)流體-結(jié)構(gòu)之 間的雙向耦合仿真方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 靜壓軸承以支撐精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造和儀器制造等領(lǐng)域。在靜壓 軸承中，潤(rùn)滑介質(zhì)在軸承間隙中的流動(dòng)已經(jīng)進(jìn)入到了微尺度流動(dòng)的研究領(lǐng)域。然而流體在 微尺度下流動(dòng)時(shí)將會(huì)表現(xiàn)出異于宏觀尺度的流動(dòng)的性質(zhì)，流體在微尺度下會(huì)表現(xiàn)出來(lái)大表 面積體積比、梯度參數(shù)效應(yīng)及界面效應(yīng)等問(wèn)題。將微尺度的性質(zhì)引入到靜壓軸承的研究中， 從而使油膜性能的研究更加準(zhǔn)確。
[0003] 靜壓軸承性能分析在很大程度上依賴(lài)于仿真方法，仿真方法的優(yōu)劣直接決定靜壓 軸承分析的結(jié)果的準(zhǔn)確性。但傳統(tǒng)的仿真方法是對(duì)靜壓軸承工作環(huán)境做出在一定程度上 合理的假設(shè)，傳統(tǒng)的方法忽略了在靜壓軸承流固界面的速度滑移現(xiàn)象，而且沒(méi)有考慮軸承 和轉(zhuǎn)子之間的相互作用，沒(méi)有對(duì)軸承和轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行流固耦合分析，速度滑移和流固界面 的相互耦合作用在一定程度上影響著油膜行為，油膜行為對(duì)決定靜壓軸承性能起著關(guān)鍵作 用。在以往的一些研究中單純研究速度滑移對(duì)軸承承載力的影響，靜壓軸承受滑移的影響 承載力會(huì)在一定程度上得到提高，單純研究流固界面流體和固體的相互耦合作用對(duì)靜壓軸 承的影響，軸承的承載力在一定程度上會(huì)有所降低，而在靜壓軸承的實(shí)際工況作用下，兩種 作用都會(huì)對(duì)靜壓軸承產(chǎn)生一定的影響，而兩種影響作用不能簡(jiǎn)單的相互抵消，最終的影響 結(jié)果和很多因素有關(guān)，例如軸瓦及轉(zhuǎn)子材料、油膜溫度等，這必然會(huì)使傳統(tǒng)的仿真方法的結(jié) 果和實(shí)際工作結(jié)果之間產(chǎn)生一定的誤差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種考慮速度滑移影響下靜壓軸 承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的流體-結(jié)構(gòu)耦合仿真方法，考慮了固-流界面速度滑移的影響，具有計(jì)算簡(jiǎn) 潔、通用性強(qiáng)、可人工控制耦合迭代過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的靜壓軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 的流體-結(jié)構(gòu)之間的雙向耦合。
[0005] -種速度滑移工況下靜壓主軸系統(tǒng)流固耦合仿真分析方法，包括以下步驟：
[0006] (1)根據(jù)靜壓軸承的工況選擇Navier速度滑移模型，模擬軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中流固 界面上出現(xiàn)的速度滑移現(xiàn)象。
[0007] Navier模型假設(shè)流體的滑移速度vs與流體在表面的剪切力成正比，即：
【權(quán)利要求】
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種速度滑移工況下靜壓主軸系統(tǒng)流固耦合仿真分析方法， 其特征在于，在步驟4所述轉(zhuǎn)子模型建立過(guò)程中，采用自下而上的建模方法，先創(chuàng)建關(guān)鍵 點(diǎn)，依次構(gòu)成線和面，用lsize控制轉(zhuǎn)子有限元模型的網(wǎng)格劃分，將面繞軸線旋轉(zhuǎn)出周向規(guī) 則的網(wǎng)格，然后在轉(zhuǎn)子模型的表面建立表面效應(yīng)單元，用于加載與表面相互垂直的壓力載 荷，定義轉(zhuǎn)子有限元模型的材料屬性，轉(zhuǎn)子的有限元模型建立完成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種速度滑移工況下靜壓主軸系統(tǒng)流固耦合仿真分析方法， 其特征在于，在步驟4所述軸瓦及軸承座模型的建立中，靜壓腔的深度與軸承的尺寸相比 很小，所以采用有限元方法對(duì)軸瓦建模時(shí)忽略軸瓦表面的靜壓腔，有限元模型的建立過(guò)程 與轉(zhuǎn)子模型的建立過(guò)程相同，但需根據(jù)實(shí)際情況分別對(duì)軸瓦及軸承座定義有限元模型的材 料屬性。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104091022SQ201410328613
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】陳東菊, 邊艷華, 周帥, 范晉偉 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)