一種速度滑移工況下靜壓主軸系統流固耦合仿真分析方法
【專利摘要】本發明涉及一種速度滑移工況下靜壓主軸系統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有限元軟件建立轉子和軸瓦及軸承座的有限元模型，應用APDL參數化有限元分析技術對轉子和軸瓦及軸承座有限元模型求解；提取轉子和軸瓦及軸承座有限元模型相關節點的變形值，并將數據導入到油膜厚度的計算中，實現對油膜壓力的重新求解；重復上述過程直至轉子和軸瓦及軸承座的變形達到穩定。本發明考慮了固流界面速度滑移的影響，實現了靜壓軸承-轉子系統的流體-結構之間的雙向耦合。
【專利說明】一種速度滑移工況下靜壓主軸系統流固耦合仿真分析方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發明流體動力學計算領域，涉及一種適用于靜壓軸承-轉子系統流體-結構之 間的雙向耦合仿真方法。 【背景技術】
[0002] 靜壓軸承以支撐精度高等優點，廣泛應用于機械制造和儀器制造等領域。在靜壓 軸承中，潤滑介質在軸承間隙中的流動已經進入到了微尺度流動的研究領域。然而流體在 微尺度下流動時將會表現出異于宏觀尺度的流動的性質，流體在微尺度下會表現出來大表 面積體積比、梯度參數效應及界面效應等問題。將微尺度的性質引入到靜壓軸承的研究中， 從而使油膜性能的研究更加準確。
[0003] 靜壓軸承性能分析在很大程度上依賴于仿真方法，仿真方法的優劣直接決定靜壓 軸承分析的結果的準確性。但傳統的仿真方法是對靜壓軸承工作環境做出在一定程度上 合理的假設，傳統的方法忽略了在靜壓軸承流固界面的速度滑移現象，而且沒有考慮軸承 和轉子之間的相互作用，沒有對軸承和轉子之間進行流固耦合分析，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，油膜行為對決定靜壓軸承性能起著關鍵作 用。在以往的一些研究中單純研究速度滑移對軸承承載力的影響，靜壓軸承受滑移的影響 承載力會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靜壓軸 承的影響，軸承的承載力在一定程度上會有所降低，而在靜壓軸承的實際工況作用下，兩種 作用都會對靜壓軸承產生一定的影響，而兩種影響作用不能簡單的相互抵消，最終的影響 結果和很多因素有關，例如軸瓦及轉子材料、油膜溫度等，這必然會使傳統的仿真方法的結 果和實際工作結果之間產生一定的誤差。
【發明內容】

[0004] 針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種考慮速度滑移影響下靜壓軸 承-轉子系統的流體-結構耦合仿真方法，考慮了固-流界面速度滑移的影響，具有計算簡 潔、通用性強、可人工控制耦合迭代過程等優點，實現了真正意義上的靜壓軸承-轉子系統 的流體-結構之間的雙向耦合。
[0005] -種速度滑移工況下靜壓主軸系統流固耦合仿真分析方法，包括以下步驟：
[0006] (1)根據靜壓軸承的工況選擇Navier速度滑移模型，模擬軸承-轉子系統中流固 界面上出現的速度滑移現象。
[0007] Navier模型假設流體的滑移速度vs與流體在表面的剪切力成正比，即：
【權利要求】
2. 根據權利要求1所述的一種速度滑移工況下靜壓主軸系統流固耦合仿真分析方法， 其特征在于，在步驟4所述轉子模型建立過程中，采用自下而上的建模方法，先創建關鍵 點，依次構成線和面，用lsize控制轉子有限元模型的網格劃分，將面繞軸線旋轉出周向規 則的網格，然后在轉子模型的表面建立表面效應單元，用于加載與表面相互垂直的壓力載 荷，定義轉子有限元模型的材料屬性，轉子的有限元模型建立完成。
3. 根據權利要求1所述的一種速度滑移工況下靜壓主軸系統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軸瓦建模時忽略軸瓦表面的靜壓腔，有限元模型的建立過程 與轉子模型的建立過程相同，但需根據實際情況分別對軸瓦及軸承座定義有限元模型的材 料屬性。
【文檔編號】G06F17/50GK104091022SQ201410328613
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月11日 優先權日:2014年7月11日
【發明者】陳東菊, 邊艷華, 周帥, 范晉偉 申請人:北京工業大學