一种速度滑移工况下静压主轴系统流固耦合仿真分析方法
【专利摘要】本发明涉及一种速度滑移工况下静压主轴系统流固耦合仿真分析方法，该方法包括：选择Navier速度滑移模型模拟轴承流固界面速度滑移现象，建立考虑速度滑移情况下静压轴承油膜压力分布的有限差分模型，求解油膜的压力分布；借助ansys有限元软件建立转子和轴瓦及轴承座的有限元模型，应用APDL参数化有限元分析技术对转子和轴瓦及轴承座有限元模型求解；提取转子和轴瓦及轴承座有限元模型相关节点的变形值，并将数据导入到油膜厚度的计算中，实现对油膜压力的重新求解；重复上述过程直至转子和轴瓦及轴承座的变形达到稳定。本发明考虑了固流界面速度滑移的影响，实现了静压轴承-转子系统的流体-结构之间的双向耦合。
【专利说明】一种速度滑移工况下静压主轴系统流固耦合仿真分析方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明流体动力学计算领域，涉及一种适用于静压轴承-转子系统流体-结构之 间的双向耦合仿真方法。 【背景技术】
[0002] 静压轴承以支撑精度高等优点，广泛应用于机械制造和仪器制造等领域。在静压 轴承中，润滑介质在轴承间隙中的流动已经进入到了微尺度流动的研究领域。然而流体在 微尺度下流动时将会表现出异于宏观尺度的流动的性质，流体在微尺度下会表现出来大表 面积体积比、梯度参数效应及界面效应等问题。将微尺度的性质引入到静压轴承的研究中， 从而使油膜性能的研究更加准确。
[0003] 静压轴承性能分析在很大程度上依赖于仿真方法，仿真方法的优劣直接决定静压 轴承分析的结果的准确性。但传统的仿真方法是对静压轴承工作环境做出在一定程度上 合理的假设，传统的方法忽略了在静压轴承流固界面的速度滑移现象，而且没有考虑轴承 和转子之间的相互作用，没有对轴承和转子之间进行流固耦合分析，速度滑移和流固界面 的相互耦合作用在一定程度上影响着油膜行为，油膜行为对决定静压轴承性能起着关键作 用。在以往的一些研究中单纯研究速度滑移对轴承承载力的影响，静压轴承受滑移的影响 承载力会在一定程度上得到提高，单纯研究流固界面流体和固体的相互耦合作用对静压轴 承的影响，轴承的承载力在一定程度上会有所降低，而在静压轴承的实际工况作用下，两种 作用都会对静压轴承产生一定的影响，而两种影响作用不能简单的相互抵消，最终的影响 结果和很多因素有关，例如轴瓦及转子材料、油膜温度等，这必然会使传统的仿真方法的结 果和实际工作结果之间产生一定的误差。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种考虑速度滑移影响下静压轴 承-转子系统的流体-结构耦合仿真方法，考虑了固-流界面速度滑移的影响，具有计算简 洁、通用性强、可人工控制耦合迭代过程等优点，实现了真正意义上的静压轴承-转子系统 的流体-结构之间的双向耦合。
[0005] -种速度滑移工况下静压主轴系统流固耦合仿真分析方法，包括以下步骤：
[0006] (1)根据静压轴承的工况选择Navier速度滑移模型，模拟轴承-转子系统中流固 界面上出现的速度滑移现象。
[0007] Navier模型假设流体的滑移速度vs与流体在表面的剪切力成正比，即：
【权利要求】
2. 根据权利要求1所述的一种速度滑移工况下静压主轴系统流固耦合仿真分析方法， 其特征在于，在步骤4所述转子模型建立过程中，采用自下而上的建模方法，先创建关键 点，依次构成线和面，用lsize控制转子有限元模型的网格划分，将面绕轴线旋转出周向规 则的网格，然后在转子模型的表面建立表面效应单元，用于加载与表面相互垂直的压力载 荷，定义转子有限元模型的材料属性，转子的有限元模型建立完成。
3. 根据权利要求1所述的一种速度滑移工况下静压主轴系统流固耦合仿真分析方法， 其特征在于，在步骤4所述轴瓦及轴承座模型的建立中，静压腔的深度与轴承的尺寸相比 很小，所以采用有限元方法对轴瓦建模时忽略轴瓦表面的静压腔，有限元模型的建立过程 与转子模型的建立过程相同，但需根据实际情况分别对轴瓦及轴承座定义有限元模型的材 料属性。
【文档编号】G06F17/50GK104091022SQ201410328613
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】陈东菊, 边艳华, 周帅, 范晋伟 申请人:北京工业大学