轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的計(jì)算方法研究

2023年12月14日發(fā)(作者：年度及任職期滿考核結(jié)果)

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的計(jì)算方法研究

隨著機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量也變得越來越高。而作為機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題一直備受人們的關(guān)注。因此，針對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的計(jì)算方法研究顯得尤為重要。

一、 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的定義及研究意義

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題是指在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于各種錯(cuò)誤設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量問題、工作負(fù)荷等原因所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定問題。當(dāng)轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)了由于慣性力、離心力與剛度作用而產(chǎn)生的擾動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)、噪聲增大、疲勞壽命下降、嚴(yán)重者會(huì)形成裂紋和磨損，從而引起質(zhì)量事故。因此，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題研究對(duì)于提高機(jī)械設(shè)備的可靠性、延長使用壽命具有重要意義。

二、 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的計(jì)算方法研究現(xiàn)狀

在過去的幾十年里，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的研究取得了很大的進(jìn)展，不少學(xué)者針對(duì)此類問題提出了不同的研究方法。

1. 理論計(jì)算法

通過對(duì)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)進(jìn)行建模，并假設(shè)初始狀態(tài)的成形，以剛體力學(xué)及振動(dòng)力學(xué)原理為基礎(chǔ)，利用微分方程、矩陣方程等數(shù)學(xué)方法求解轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)，確定轉(zhuǎn)子的固有頻率和振型等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。該方法在理論計(jì)算方面有很大的突破，但其耗費(fèi)計(jì)算時(shí)間、計(jì)算規(guī)模較大，準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步探討。

2. 數(shù)值計(jì)算法

通過對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)進(jìn)行數(shù)值模擬，解決由于不同環(huán)境產(chǎn)生的振動(dòng)和局部流體衰減的問題。其中包括有限元方法、邊界元法、有限差分法、有限體積法、模態(tài)超元法等，通常步驟包括對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析建模、進(jìn)行數(shù)值計(jì)算并篩查結(jié)果、

最終落實(shí)所得結(jié)果。此方法在節(jié)省計(jì)算時(shí)間方面優(yōu)勢明顯，但要想獲取高精度的計(jì)算結(jié)果，需要付出更多的計(jì)算復(fù)雜度。

3. 實(shí)驗(yàn)法

通過實(shí)驗(yàn)獲得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、振動(dòng)特性和振動(dòng)模式等數(shù)據(jù)，并由此分析其振動(dòng)原因及解決方案。從而通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式獲取轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的解。該方法可以解決轉(zhuǎn)子問題的實(shí)際運(yùn)行情況，但是測試成本顯著上升。

三、 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的計(jì)算方法研究展望

雖然現(xiàn)有的計(jì)算方法可以解決轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題，但還有待進(jìn)一步提高其計(jì)算效率和計(jì)算精度，同時(shí)也需要提高其計(jì)算規(guī)模能力。因此，可探索基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算模式，研究新型的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，通過數(shù)據(jù)挖掘、模式識(shí)別等技術(shù)，利用海量數(shù)據(jù)提供精準(zhǔn)、可靠、高效的作用分析和決策支持，大大提高計(jì)算效率。

另外，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可基于近年來的機(jī)器學(xué)習(xí)，通過利用深度學(xué)習(xí)方法，將轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律和振動(dòng)規(guī)律進(jìn)行抽象，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的高精度預(yù)測，以提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行的安全性和可靠性。

同時(shí)，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題的研究需要與機(jī)器智能、工控技術(shù)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的學(xué)科相結(jié)合，將計(jì)算模型可靠性上升到實(shí)用化水平，以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行，在潛在安全威脅出現(xiàn)前進(jìn)行預(yù)測分析和有效控制的 追蹤能力，進(jìn)一步推進(jìn)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題研究的發(fā)展。