转子部件超高稳态加速度承载条件下动态特性优化研究

With the rapid development of spaceflight and military, mechanical devices are used under the condition of high acceleration more frequently and the acceleration value of some parts has reached 150000g（Gravity acceleration）.Thus, the bearing capacity test is very important. The experimental method of superhigh stable acceleration bearing capacity is endowed based on the principle that centripetal acceleration is created at high rotary speed and is stipulated by national standards. The superhigh stable acceleration bearing capacity experiment of a heavy mass is the difficult problems in the field. Rotor parts are the core of the experimental system, and the testing capacity and stabilization of the experimental system is affected by dynamic characteristics of rotor parts. The study object of the project is Shape optimization and dynamic error. The modeling techniques and computational methods about shape optimization with the core of the method is the synergetic algorithm is advanced by synthesizing the advantage of numerical calculation and analytical calculation, and the new shape optimization method under complex load is explored. The effect on system dynamic characteristics is revealed by analyzing the overall laws of the dynamic error formation mechanism. The compensation strategy of the dynamic error is advanced in order to control the interference factors actively. The experimental platform is established for testing the dynamic characteristics of the rotor part under the condition of superhigh stable acceleration, and the relationship between rotor parts and system dynamic characteristics is analyzed in order to provide a basis for system optimization.

随着航天、军事等领域的迅速发展，机械装置频繁在高加速度承载条件下运行，部分器件所承受加速度值已达到15万g（重力加速度），因此高加速度承载能力测试非常重要。利用高速旋转产生向心加速度原理进行超高稳态加速度承载实验是目前国家标准规定的、具有较强应用前景的实验方法，其中大质量固体超高加速度承载实验是该领域的难点问题。转子部件是该类实验系统的核心，其动态特性直接影响实验系统的测试能力和稳定性。本项目以影响转子动态特性的几何形状和制造误差为研究对象，综合数值计算算法和解析计算方法的优点，提出以协同算法为核心的转子部件优化建模与求解方法，探索复杂载荷作用条件下的形状优化方法。通过分析转子部件整体动态误差形成规律，揭示其对系统动态特性的作用机理，确立动态误差补偿策略，实现干扰因素的主动控制。搭建转子部件超高稳态加速度动态特性实验测试平台，分析转子部件对实验系统动态特性影响规律，为系统整体优化奠定基础。

随着航天、军事、物流等领域的迅速发展，机械装置频繁在高加速度承载条件下运行，部分器件所承受加速度值已达到15万g（重力加速度），因此高加速度承载能力测试非常重要。利用高速旋转产生向心加速度原理进行超高稳态加速度承载实验是目前国家标准规定的、具有较强应用前景的实验方法，受到国内外研究机构和企业的高度重视，并积极进行研究，其中大质量固体超高加速度承载实验是该领域的难点问题。本项目以大质量固体超高稳态加速度实验用转子部件的力学特性为主要研究对象，通过理论建模、仿真计算分析与实验验证相结合的方式，分析超高稳态加速度载荷作用下的转子部件力学特征，提出复杂载荷作用下转子部件优化建模求解新方法，揭示高加速度承载状态下转子系统动态误差作用机理，建立转子部件动态特性测试实验平台，解决大质量固体超高稳态加速度测试的核心科学问题。.本项目建立了多主体、多自由度的转子部件优化模型，获得转子部件的设计变量、工况参数、动态特性值之间的映射关系，揭示转子部件质量非线性分布，特别是孔等局部非轴对称结构及实验对象装卡对该系统动态特性的影响关系,基于正交回归实验法和协同算法确立多自由度轮廓曲线参数与转子动态特性间的映射关系。.同时为研究高加速承载条件下转子运行特性的影响机理，从制造误差入手，分析典型制造误差对转子力学性能和动态特性的影响。首先基于几种典型制造误差的结构形式提出了一般的精确建模方法，以具有典型孔特征的转子为例，建立包括制造误差在内的转子部件有限元模型。然后分别以平行度误差和对称度误差为对象，分析各单项误差对转子应力应变的影响机理，利用静力学分析结果进行有预应力转子模态分析。同时对工作温度的影响进行了分析，得出其与转子部件动态特性的对应关系。.本项目设计了一种可以测量环形转子部件径向和轴向刚度系数、阻尼系数以及损耗因子等在内的测试系统，并可以通过设定温度测试工作温度对该类部件动态特性的影响。