《表1 阶梯轴-柔性盘系统固有频率》

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《阶梯轴-柔性盘耦合系统振动特性分析》

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分别通过实验、有限元仿真和有限元-半解析混合建模法得到了系统的固有频率.有限元采用ANSYS软件，beam188单元模拟轴，shell181单元模拟柔性盘.转轴和轮盘采用刚性连接，即轴盘接触节点位移和转角相同.轮盘划分网格时，径向分为4份，周向分为24份，共96个单元.固有特性对比结果见表1，表中略去了第2，4，5，7和9阶的正交模态（第9阶有4个正交模态），振型对比结果如图6和7所示.由此可以看出，本文方法求解结果相对于有限元结果误差很小，最大误差为1.42%.本文方法的各阶振型与有限元振型也基本吻合.从振型图可知，圆盘仅在一节径振动时，和轴发生耦合振动，在其他节径振动时，并未与轴发生耦合振动，文献[13，15，16]也有类似的结论.为了更好地展示轮盘的柔性对系统固有特性的影响，将轮盘弹性模量提高5个数量级，假定轮盘为刚性[17]，计算结果如表1所示.由表可知在刚性盘假设下，盘自身的振动和轴盘耦合振动将无法被考虑，由于低阶振动中轴的振动占主导，所以对于系统固有频率的影响不大.但是在高阶振动中，耦合振动和盘柔性振动占主导，对系统固有频率的影响便十分明显.在计算系统旋转状态下固有频率时，本文方法仅用0.28 s，而有限元方法的计算时间为8.4 s.本文方法较有限元方法大大提高了计算效率，缩短了计算时间.