基于ANSYS的涡轮增压器转子系统动力学特性研究

【摘要】涡轮增压器可通过提高气缸中的空气密度，增加气缸中的燃烧效率，在不需要消耗更多能源的基础上，有效提高发动机的功率，达到降低油耗，节约能源的效果。随着涡轮增压器在汽车、航空领域的应用日趋广泛，人们对其使用过程中的耐用性、稳定性提出了更高的要求。因此，对转子系统动力性能的研究，具有很大的意义。本文以仿真研究为主，针对某型号涡轮增压器转子系统的动力学特性，建立了数学模型，并对其进行了临界转速分析，不平衡响应分析和稳定性分析。首先从理论上推导了转子动力学分析中，转子-轴承系统的一般数学建模处理方法。采用离散化建模思想，对阶梯轴的质量集总方法和轴承的简化模型进行了理论公式的推导。利用有限元分析的思想，分析了转子-轴承系统动力学中振动方程以及临界转速的求解方法。其次通过solidworks三维建模软件，建立了涡轮增压器转子-轴承系统的实体模型。在有限元分析软件ANSYS中对转子系统进行了模态分析，求解了该模型的临界转速。与实验结果进行对比，验证了仿真结果的正确性，并得出转子系统工作转速与二阶临界转速过于接近的结论。对转子系统进行简化，在此基础上，分析了涡轮叶轮材料密度、轴承跨距以及轴承刚度对其临界转速的影响。提出当轴承刚度取k105Nm时，其工作转速远离转子系统临界转速的结论。最后利用有限元思想建立了转子系统不平衡响应的理论基础。针对简化后的模型，对转子系统的不平衡响应做了分析，求解出该转子系统在稳态和瞬态作用下的不平衡响应。分析了引起转子系统失稳现象发生的因素，以Jefcott转子为例研究了转子不稳定现象发生的原因。针对粘性阻尼系统模型，推导了其稳定性判据，得出转子系统的失稳转速。
【作者】殷勍；
【导师】赵俊生；胡辽平；
【作者基本信息】中北大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】涡轮增压器；转子动力学；有限元法；稳定性；

【参考文献】
[1]王勇.温控组件性能模拟测试设备的研制[D].哈尔滨工业大学,仪器科学与技术,2013,硕士.
[2]魏金辉.协同通信系统中功率分配算法研究[D].广东工业大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[3]包晓玉.东乡县小学汉语文骨干教师培训的实效性及问题研究[D].西北师范大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[4]邹霞.手塚治虫的生命观[D].湖南师范大学,日语语言文学,2013,硕士.
[5]陆超.船舶电站训练评估系统的设计与实现[D].大连海事大学,控制工程,2013,硕士.
[6]曹晨涛.铁/氮、铁/碳复合材料的制备及磁性研究[D].兰州大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[7]姜丽华,黄敏,马永光,佟振声.基于Multi-agent技术的Web文本挖掘模型及应用[J].计算机工程,2005,01:217-218+221.
[8]冯博.中国佛教建筑中的象征文化研究[D].湖南大学,建筑学,2012,硕士.
[9]樊金山.不同冷却处理对兔肉品质和肌原纤维超微结构的影响[D].南京农业大学,食品工程,2011,硕士.
[10]郑晔辉.电针足三里对外科腹部术后胃肠动力恢复影响的临床研究[D].广州中医药大学,中医外科学（专业学位）,2013,硕士.
[11]王雪.现代城乡生活中的地方鼓吹乐队生存现状调查[D].青岛大学,音乐与舞蹈学,2013,硕士.
[12]刘群.男女图形符号的视觉探究[D].南京师范大学,设计艺术学,2012,硕士.
[13]龙红芝.幼儿同伴关系干预的个案研究[D].华东师范大学,学前教育学,2004,硕士.
[14]杨永超.锰氧化物超级电容器电极材料的研究[D].吉林大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[15]谭玲.中药复方青秦液对急性痛风性肾损害干预作用的临床研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[16]孟尔盛.《油气预测与油藏描述——地震勘探直接找油气》[J].石油地球物理勘探,2004,03:303.
[17]巴图.内蒙古师范大学2007级学生体质健康发展趋势调查研究[D].内蒙古师范大学,体育教育训练,2012,硕士.
[18]陈书年.数字图像知识产权保护措施研究[D].华中科技大学,经济法学,2012,硕士.
[19]王洪雷.金属卟啉配位聚合物薄膜的界面组装及其在降解偶氮染料方面的应用[D].复旦大学,无机化学,2012,硕士.
[20]秦朗.恩格斯主体思想发展史探源[D].西北大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[21]操娟.基于聚苯胺/氧化亚铜纳米复合物的制备及性能研究[D].安徽大学,材料工程,2014,硕士.
[22]周玄德.基于整合方案的新疆城市群研究[D].新疆大学,人文地理,2013,硕士.
[23]宋向东.引入ATM后的用户环路[J].电信工程技术与标准化.1994(03)
[24]栾茜.浅谈共鸣腔体在歌唱中的运用[D].吉林大学,音乐表演,2014,硕士.
[25]陈瑜.机电一体化实用技术第九讲电磁阀及其应用(下)[J].机械与电子.1988(03)
[26]方莉.不同炮制模型对附子化学成分的影响及其指纹图谱的研究[D].广州中医药大学,中药学,2013,硕士.
[27]韦丹丹.重金属胁迫下植物促生菌对大麻（Cannabis sativa L.）生长调控的研究[D].南京农业大学,植物学,2012,硕士.
[28]李云汉.结合仿真的城市轨道交通换乘枢纽疏散方案设计方法及评价研究[D].北京交通大学,2015.
[29]张恒.智能信息反馈PID控制器设计与仿真[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[30]周玉琴.陈之遴诗词研究[D].辽宁大学,中国古代文学,2012,硕士.
[31]于瑞强.知识服务云平台下个性化学习机制研究[D].南京邮电大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[32]朱天奎.地下含水层蓄能特性模拟实验研究[D].吉林大学,工程热物理,2013,硕士.
[33]李得超,史忠科,李永明.布尔型模糊系统逼近的充分条件[J].控制与决策,2007,12:1399-1402.
[34]程勇.非欠定盲源分离技术研究[D].杭州电子科技大学,通信与信息系统,2011,硕士.
[35]徐畅.腰椎爆裂骨折椎板开窗保留后方复合体维持脊柱稳定性的临床分析[D].吉林大学,外科学,2013,硕士.
[36]刘树枫.中国寿险企业经营风险研究[D].西安建筑科技大学,企业管理,2004,硕士.
[37]申维薇.含氟表面活性剂修饰的纳米粒子对生物流体中巯基氨基酸的检测[D].北京化工大学,微生物与生化药学,2013,硕士.
[38]肖毅.近二十年阳痿临床文献证治总结与分析[D].北京中医药大学,中医外科学,2014,硕士.
[39]周强.飞秒激光制备单晶硅表面微结构研究[D].西安邮电大学,物理电子学,2013,硕士.
[40]章加兴.卫星电视广播与电缆电视[J].电信工程技术与标准化.1992(03)
[41]陈金华.普洱茶饮料加工工艺技术研究[D].湖南农业大学,茶学,2004,硕士.
[42]刘景辉.注塑机用永磁同步电动机的研究与设计[D].广东工业大学,电机与电器,2013,硕士.
[43]马国霞.跨国电子商务中的所得税税收管辖权问题研究[D].苏州大学,法律,2003,硕士.
[44]马越.高中生对物理图像语言的理解现状研究[D].首都师范大学,学科教学,2014,硕士.
[45]占勇.基于公交化运营条件下客运专线客运站咽喉区平面布置研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[46]张花.日本地方自治及其影响探析[D].河北师范大学,国际政治,2014,硕士.
[47]代小红.马克思主义的宗教社会观教育研究[D].新疆师范大学,宗教学,2013,硕士.
[48]侯淑贞.铜带铣削深度自动控制系统[J].冶金自动化,1989,04:30-34.
[49]郑景哲.埃索美拉唑镁的质量标准研究[D].湖南师范大学,生药学,2014,硕士.
[50]杜宪亭.强地震作用下大跨度桥梁空间动力效应及列车运行安全研究[D].北京交通大学,2011.