Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Для цитирования:

Федотов П. Е., Соколов Н. В. Решение нелинейной задачи одностороннего динамически нагруженного упорного подшипника скольжения // Известия вузов. ПНД. 2024. Т. 32, вып. 2. С. 180-196. DOI: 10.18500/0869-6632-003097, EDN: REYSBQ

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
519.63; 621.822.2
EDN: 

Решение нелинейной задачи одностороннего динамически нагруженного упорного подшипника скольжения

Авторы: 
Федотов Павел Евгеньевич, Казанский (Приволжский) федеральный университет
Соколов Николай Викторович, Казанский государственный технологический университет им.Кирова
Аннотация: 

Цель настоящего исследования состоит в предложении эффективного численного метода решения обратной нелинейной задачи о движении диска ротора компрессора в упорном подшипнике скольжения.

Методы. Построена периодическая термоупругогидродинамическая математическая модель гидродинамических и тепловых процессов в подшипнике при условии осевого движения диска ротора. В рамках модели сформулирована обратная нелинейная задача определения положения ротора при заданном изменении внешней нагрузки. Предложен итерационный метод решения, использующий решение прямой задачи. Для снижения вычислительных затрат применен модифицированный метод Деккера–Брента совместно с модифицированным методом Ньютона.

Результаты. Проведены численные эксперименты, показавшие эффективность предложенных подходов. Предложенные методы позволяют существенно сократить требуемое количество ресурсов для расчёта за счёт снижения числа обращений к целевой функции в задаче оптимизации. Построен комплекс программ, позволяющий рассчитывать нелинейную систему движения ротора при различных физических и геометрических параметрах.

Заключение. Предложен эффективный комплекс численных методов решения обратной нелинейной задачи о движении диска ротора компрессора в упорном подшипнике скольжения. Эффективность метода заключается в существенной экономии вычислительных ресурсов. Показана эффективность метода при проведении численных экспериментов.

Благодарности: 
Работа выполнена за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета («ПРИОРИТЕТ– 2030»).
Список источников: 
  1. Хадиев М. Б., Хамидуллин И. В. Компрессоры в технологических процессах. Расчет подшипников скольжения центробежных и винтовых компрессоров. Казань: КНИТУ, 2021. 260 с.
  2. Максимов В. А., Баткис Г. С. Трибология подшипников и уплотнений жидкостного трения высокоскоростных турбомашин. Казань: ФЭН, 1998. 429 с.
  3. Костюк А. Г. Динамика и прочность турбомашин : учеб. для студентов вузов. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: МЭИ, 2007. 476 с.
  4. Некрасов А. Л. Расчетный анализ нелинейных колебаний роторов турбомашин в подшипниках скольжения: дис. . . . . канд. техн. наук: 05.04.12. Москва: МЭИ, 1998. 125 с.
  5. Хисамеев И. Г., Максимов В. А., Баткис Г. С., Гузельбаев Я. З. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. 2-е изд., испр. и доп. Казань: ФЭН, 2012. 671 с.
  6. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Хавкин А. Л., Хуснутдинов И. Ф. Характер осевых колебаний ротора при переменных режимах работы центробежной компрессорной установки // Компрессорная техника и пневматика. 2018. Т. 4. С. 29–32.
  7. Lund J. W. Review of the concept of dynamic coefficients for fluid film journal bearings // ASME Journal of Tribology. 1987. Vol. 109, no. 1. P. 37-41. DOI: 10.1115/1.3261324
  8. Zhu Q., Zhang W. J. A Preliminary nonlinear analysis of the axial transient response of the sector-shaped hydrodynamic thrust bearing-rotor system // ASME Journal of Tribology. 2003. Vol. 125, no. 4. P. 854–858. DOI: 10.1115/1.1575775
  9. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Максимов Т. В., Футин В. А. Одноступенчатая центробежная компрессорная установка: практикум. Казань: КНИТУ, 2019. 152 с.
  10. Хадиев М. Б., Зиннатуллин Н. Х., Нафиков И. М. Механизм помпажа в центробежных компрессорах // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 8. С. 262–266.
  11. Heshmat H., Pinkus O. Mixing inlet temperatures in hydrodynamic bearings // ASME Journal of tribology. 1886. Vol. 108, no. 2. P. 231–244. DOI: 10.1115/1.3261168.
  12. Усков М. К., Максимов В. А. Гидродинамическая теория смазки: этапы развития, современное состояние, перспективы. Москва: Наука, 1985. 143 с.
  13. Sokolov N. V., Khadiev M. B., Maksimov T. V., Fedotov E. M., Fedotov P. E. Mathematical modeling of dynamic processes of lubricating layers thrust bearing turbochargers // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1158, no. 04219. P. 138–151. DOI: 10.1088/1742-6596/1158/ 4/042019.
  14. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е, Федотов Е. М. Трёхмерное периодическое термоупругогидродинамическое моделирование гидродинамических процессов упорного подшипника скольжения // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2021. Т. 20, № 3. С. 138–151. DOI: 10.18287/2541-7533-2021- 20-3-138-151.
  15. Sokolov N. V., Khadiev M. B., Fedotov P. E., Fedotov E. M. Mathematical model of a dynamically loaded thrust bearing of a compressor and some results of its calculation // Mesh methods for boundary-value problems and applications. Lecture notes in computational science and engineering. 2022. Vol. 141. P. 461–473. DOI: 10.1007/978-3-030-87809-2_35.
  16. Максимов В. А., Хадиев М. Б., Федотов Е. М. Определение гидродинамических и тепловых характеристик упорных подшипников математическим моделированием // Вестник машиностроения. 2004. № 6. С. 39–45.
  17. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е., Федотов Е. М. Численное исследование влияния класса вязкости смазки на работу упорного подшипника скольжения // Математическое моделирование и численные методы. 2023. № 1. С. 92–111. DOI: 10.18698/2309-3684-2023-1- 92111.
  18. Голубев А. И. Торцовые уплотнения вращающихся валов. М.: Машиностроение, 1974. 214 с.
  19. Федотов П. Е., Федотов Е. М., Соколов Н. В., Хадиев М. Б. Sm2Px3Txτ — Динамически нагруженный упорный подшипник скольжения при постановке прямой задачи. Свид-во о госуд. регистрации программы для ЭВМ № 2020615227, 2020.
  20. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е., Федотов Е. М. Влияние температуры подачи смазочного материала на работу упорного подшипника скольжения // Вестник машиностроения. 2023. № 1. С. 47–55. DOI: 10.36652/0042-4633-2023-102-1-47-55.
  21. Соколов Н. В., Хадиев М. Б., Федотов П. Е., Федотов Е. М. Сравнение квазитрехмерной и полной трехмерной постановок работы упорного подшипника скольжения // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2023. Т. 22, № 3. С. 143–159. DOI: 10.18287/2541-7533-2023-22-3-143-159.
  22. Fedotov P. E. Numerical solution of the one-sided compressor thrust bearing dynamics equation // CEUR Workshop Proceedings. 2021. Vol. 2837. P. 54–75.
  23. Савин Л. А., Соломин О. В., Устинов Д. Е. Метод пространственного движения жесткого ротора на опорах жидкостного трения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева (национального исследовательского университета). 2006. № 2-1. С. 328–332.
  24. Корнеев А.Ю. Анализ динамики жесткого ротора на конических гидродинамических подшипниках скольжения методом траекторий // Вестник машиностроения. 2013. № 12. С. 24–28.
  25. Forsythe G. E., Malcolm M. A., Moler C. B. Computer Methods for Mathematical Computations // In: Prentice-Hall series in computational mathematics. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1977. 259 p. DOI: 10.1002/zamm.19790590235.
Поступила в редакцию: 
10.10.2023
Принята к публикации: 
06.02.2024
Опубликована онлайн: 
01.03.2024
Опубликована: 
29.03.2024