弹性环式挤压油膜阻尼器动态响应仿真方法研究

弹性环式挤压油膜阻尼器（Elastic Ring Squeeze Film Damper，简称 ERSFD） 常作为航空发动机转子支承系统的减振结构，该结构在轴承外环和轴承座内环的 油膜间隙中安装有弹性环，弹性环是一种在内外表面制有多个相互交错凸台的环 形弹性元件。ERSFD 在轴颈运动时能通过带动弹性环产生位移使得内外油膜厚度 发生改变，降低油膜非线性程度，改善减振性能，ERSFD 作用机理涉及复杂的流 固耦合过程。目前针对其力学机理和减振性能的研究并不充分，对于工程应用中 如何选用合适参数的 ERSFD 尚无明确的普适方案，因此本文针对 ERSFD 动态响 应的仿真分析方法开展了如下研究。 依据 ERSFD的特征，针对流体域部分，本文基于雷诺方程推导内外油膜的压 力场控制方程，并采用有限差分法计算油膜压力分布；对于固体域部分，则采用 有限元法的厚板单元用于离散，依据能量原理推导了厚板单元的系数矩阵，通过 组装弹性环环段的系数矩阵，得到弹性环的控制方程，得出弹性环变形。基于双 向流固耦合理论，建立起 ERSFD流体域与固体域的耦合关系，计算求得任意时刻 ERSFD 稳态运行的油膜压力分布及弹性环变形的特点；并通过改变 ERSFD 的结 构参数及工作条件，研究了不同参数下的 ERSFD的动力学特性。采用控制变量法， 分析了在不同的结构参数及工作条件下 ERSFD对转子支承系统的减振性能。对比 无油和充油状态下 ERSFD 支承的转子系统的动力学响应，仿真结果验证了 ERSFD 的减振效果。 研究结果表明，内油膜在外凸台位置处形成压力峰值，在内凸台处压力为 0， 内油膜压力峰值与弹性环变形速度峰值交错出现；而外油膜则在内凸台处形成压 力峰值，在外凸台处压力为 0，外油膜压力峰值与弹性环变形速度峰值同步出现。 凸台宽度、弹性环轴向宽度、滑油黏度都与 ERSFD提供的油膜力、油膜刚度和阻 尼呈现正相关的关系，而油膜间隙、凸台高度/弹性环半径的比值则与 ERSFD 提 供的油膜力、油膜刚度和阻尼呈现负相关的关系。通过分析不同参数时转子-支承 系统的动力学响应可以发现，增大轴颈偏心率、凸台宽度和滑油黏度都使 ERSFD 对转子-支承系统的减振效果有所提升，而增大油膜间隙、凸台高度/弹性环半径 的比值则不利于对转子-支承系统的减振。

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