一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，减少了在动压滑动轴承润滑油膜刚度阻尼求解过程中受到的实验设备和实验场所的限制，保证其求解精度。通过流体计算软件Fluent进行油膜流场流体计算并采用动网格方法实现油膜网格模型网格更新的动压滑动轴承润滑油膜刚度阻尼求解，考虑到油膜径向尺寸很小的特点，在流体计算过程中对于网格质量要求较高，采用结构化网格划分与模型分块划分的方式可以提升网格质量以保证计算精度。精度。精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法


[0001]本专利技术涉及设备评估
，更具体的说是涉及一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法。

技术介绍

[0002]动压滑动轴承常用于高转速及高精度的旋转机械，其可靠性会直接影响到整个机器的精度、使用寿命、经济性等。动压滑动轴承的润滑与承载作用主要依靠于充溢于轴承轴颈面与轴瓦面之间间隙的润滑油膜，因此润滑油膜的刚度与阻尼作为滑动轴承的主要特性参数直接决定了滑动轴承的运行稳定性与使用寿命。在进行动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解时，由于动压滑动轴承转速较高且油膜厚度较薄，为保证其求解精度，通常会受到实验设备以及实验场所等诸多限制。
[0003]因此，如何精确求解动压滑动轴承油膜刚度阻尼是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，减少了在动压滑动轴承润滑油膜刚度阻尼求解过程中受到的实验设备和实验场所的限制，保证其求解精度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：构建动压滑动轴承的轴瓦与轴颈间隙内的油膜模型；
[0008]步骤2：对油膜模型进行结构化网格划分，获得轴承油膜网格文件；
[0009]步骤3：将步骤2所述油膜网格文件导入Fluent软件，设定轴颈初始稳定位置；
[0010]步骤4：在步骤3所述Fluent软件中设置轴颈速度扰动宏、轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏，并设置对应各宏的控制条件；
[0011]步骤5：设置流场计算控制参数，利用轴颈速度扰动宏对轴颈施加速度扰动，通过步骤4所设的轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏监测分别获得轴颈面受油膜沿X方向油膜力Fx、轴颈面受油膜沿Y方向油膜力Fy以及轴颈轴心位移S；
[0012]步骤6：确定计算模型并设置控制参数，利用迭代求解模型开始迭代求解；
[0013]步骤7：通过步骤5所监测参数S、Fx、Fy的具体数值判断步骤6所述迭代求解结果是否收敛；收敛的判断标准为：步骤5所监测参数Fx与Fy的比值小于设定收敛阈值，收敛阈值可取值为0.01即Fx/Fy<0.01，且轴颈轴心位移S的数值保持稳定，位于设定位移阈值范围内，则判断迭代求解结果收敛，进入步骤9；若不收敛则进入步骤8；
[0014]步骤8；开启动网格模型并在Fluent软件中设置轴颈表面节点位移宏，调整轴颈稳定位置，并返回步骤4；
[0015]步骤9：通过步骤4所设的轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏采集油膜压力监测
数据和轴心轨迹监测数据；
[0016]步骤10：对步骤9所采集的油膜压力监测数据和轴心轨迹监测数据进行数据处理，得到油膜刚度和油膜阻尼；
[0017]优选的，所述油膜模型包括进油口、油槽和油膜三部分。
[0018]优选的，所述步骤2具体为：根据研究对象选取结构化网格划分方式，借助于网格划分软件ICEM将油膜模型划分为纯六面体网格，划分时采用进油口、油槽、油膜分块划分的方式进行划分，划分结束后采用网格组装获得完整的油膜网格模型，并根据完整的油膜网格模型导出获得轴承油膜网格文件。
[0019]优选的，所述步骤4中，各宏的控制条件设置为：轴颈速度扰动宏、轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏均设置为每次迭代计算运行一次。
[0020]优选的，所述步骤4中，设置的轴心轨迹监测宏可监测参数包括x、y、优选的，所述步骤4中，设置的轴心轨迹监测宏可监测参数包括x、y、S，其中x、y分别为任意时刻轴心位置与轴心稳定位置之间沿X、Y方向的距离，分别为任意时刻轴心的运动速度，S为轴颈轴心位移。
[0021]优选的，所述步骤4中，设置的轴颈油膜力监测宏可监测参数包括F
x
、F
y
、F
x0
、F
y0
，其中F
x
、F
y
分别为轴颈受到沿X、Y方向的油膜力，F
x0
、F
y0
分别为轴颈位于轴心稳定位置处时轴颈受到沿X、Y方向的油膜力。
[0022]优选的，所述步骤5中，流场计算控制参数具体设置为：定义润滑油的物性参数，包括润滑油粘度和润滑油密度，定义油膜边界条件，其中润滑油进口为压力进口，润滑油出口为压力出口，轴颈面为旋转无滑移壁面，轴瓦面为固定壁面。
[0023]优选的，所述步骤5中，对轴颈施加的速度扰动为分别沿X方向与Y方向的两次相互独立的速度扰动，速度扰动可表示为：
[0024][0025]其中，V表示速度扰动；A表示速度扰动的位移幅值；ω表示扰动角速度；T表示扰动周期；t表示扰动时间。
[0026]优选的，所述步骤6中，所选择的计算模型为:材料模型选择混合物模型，质量传递方式选择全空化模型，迭代求解模型选择压力基分离求解模型。所述步骤6中所采用的控制参数设置为：设置求解过程为瞬态计算，时间步长设置为1e
‑5，每个时间步长迭代20次，时间步数设置为10000。
[0027]优选的，所述步骤8中，轴颈稳定位置的调整是通过开启动网格模型与设置轴颈表面节点位移宏两种方式相结合而实现，此方法可大幅减小网格变形程度以保证网格质量。
[0028]优选的，所述步骤10中，数据处理具体过程为：
[0029]步骤101：动压滑动轴承的轴颈在稳定位置受到速度扰动时，油膜力变化和扰动位移之间的关系是非线性的，当扰动位移较小时，油膜力与扰动的线性关系表达为：
[0030][0031]其中，参数F
x
、F
y
、F
x0
、F
y0
、x、y、由步骤9采集监测数据所得，K
xx
、K
yy
均为直接刚度系数，K
xy
、K
yx
均为交叉刚度系数，C
xx
、C
yy
均为直接阻尼系数，C
xy
、C
yx
均为交叉阻尼系数；
[0032]步骤102：
[0033]当扰动速度沿X方向时，在T/4处：在T处：
[0034]当扰动速度沿Y方向时，在T/4处：在T处：
[0035]其中，A、ω、T分别为步骤5所施加速度扰动的位移幅值、扰动角速度、扰动周期，则动压滑动轴承的油膜刚度K
xx
、K
yy
、K
xy
、K
yx
和油膜阻尼C
xx
、C
yy
、C
xy
、C
yx
均可求得。
[0036]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建动压滑动轴承的轴瓦与轴颈间隙内的油膜模型；步骤2：对油膜模型进行结构化网格划分，获得轴承油膜网格文件；步骤3：将步骤2所述油膜网格文件导入Fluent软件，设定轴颈初始稳定位置；步骤4：在步骤3所述Fluent软件中设置轴颈速度扰动宏、轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏，并设置各宏的控制条件；步骤5：设置流场计算控制参数，利用轴颈速度扰动宏对轴颈施加速度扰动，通过轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏监测分别获得轴颈面受油膜沿X方向油膜力、轴颈面受油膜沿Y方向油膜力以及轴颈轴心位移；步骤6：确定计算模型并设置控制参数，利用迭代求解模型开始迭代求解；步骤7：如果轴颈面受油膜沿X方向油膜力与轴颈面受油膜沿Y方向油膜力的比值小于设定收敛阈值，且轴颈轴心位移S位于设定位移阈值范围内，判断为收敛，进入步骤9；否则，判断为不收敛，进入步骤8；步骤8：开启动网格模型并在Fluent软件中设置轴颈表面节点位移宏，调整轴颈位置，并返回步骤4；步骤9：通过轴颈油膜力监测宏和轴心轨迹监测宏采集油膜压力监测数据和轴心轨迹监测数据；步骤10：根据油膜压力监测数据和轴心轨迹监测数据求解滑动轴承的油膜刚度和油膜阻尼。2.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，其特征在于，所述步骤1中油膜模型包括进油口、油槽和油膜。3.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，其特征在于，所述步骤2中对油膜模型进行结构化网格划分时采用进油口、油槽、油膜分块划分的方式进行划分，划分结束后采用网格组装获得完整的油膜网格模型，并根据完整的油膜网格模型导出获得轴承油膜网格文件。4.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，其特征在于，轴心轨迹监测宏采集的监测数据包括任意时刻轴心位置与轴心稳定位置之间沿X、Y方向的距离，任意时刻轴心的运动速度，以及轴颈轴心位移。5.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，其特征在于，轴颈油膜力监测宏采集的监测数据包括轴颈受到沿X、Y方向的油膜力，以及轴颈位于轴心稳定位置处时轴颈受到沿X、Y方向的油膜力。6.根据权利要求1所述的一种基于Fluent的动压滑动轴承油膜刚度阻尼求解方法，其特征在于，所述步骤5...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦光成，朱军超，辛大款，何丛帅，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：