《超臨界轉速旋轉圓盤熱彈性耦合動力學和減振機理研究》是依託吉林大學，由裴永臣擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超臨界轉速旋轉圓盤熱彈性耦合動力學和減振機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：裴永臣
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了避免劇烈振動變形，旋轉圓盤通常在亞臨界低轉速區工作，而實際套用旋轉圓盤的轉速越高其工作效率越高。作為在高速極端條件下具有多場耦合特徵的複雜系統，對超臨界轉速旋轉圓盤及其硬碟磁頭、鋸切工件、制動片等附屬結構熱彈性和減振問題的研究具有重要理論價值和科學意義。本項目擬包含驅動電機渦流發熱、支承軸軸承摩擦發熱、圓盤與其附屬結構摩擦發熱以及圓盤表面熱對流，考慮溫度場和應變場的耦合、附屬結構對旋轉圓盤的移動載荷作用，建立帶有初始變形的高速旋轉圓盤及其附屬滑塊結構熱彈性耦合多體動力學模型，在臨界和超臨界轉速區，揭示熱對流和各熱源對圓盤固有頻率、穩定性和穩態振幅的影響，闡明圓盤與其附屬結構間摩擦引起的熱彈性失穩與參數失穩耦合現象，研究圓盤內外緣溫升和熱彈性阻尼對振動變形和系統失穩的抑制作用，通過內外緣溫升控制和熱彈性阻尼最佳化實現超臨界轉速旋轉圓盤的減振和平穩運行，為旋轉圓盤套用領域的發展奠定理論基礎。
結題摘要
本項目按照原定研究內容和計畫，結合高速旋轉圓盤熱彈性耦合多體動力學理論體系內在邏輯和旋轉圓盤工程套用實際，植根於機械動力學基礎理論，先後開展了高速旋轉圓盤內緣溫升和熱流對其動力學特性的影響關係、帶有周期波動扭矩和轉速耦合效應的旋轉彈性連線盤動力學特性、作用有內外緣溫升和傳遞扭矩的旋轉彈性連線盤彈塑性應力、微驅動器高速旋轉微圓盤的熱彈性阻尼能量耗散特性分析與最佳化、運動懸臂滑塊載荷系統激勵的高速旋轉圓盤振動回響、圓盤驅動器中熱傳遞/空氣流和旋轉圓盤振動的耦合動力學特性、作用有滑塊載荷及其界面摩擦熱的高速旋轉圓盤內緣溫升控制減振和鎮定機理等基礎理論研究，完成了項目原定內容和指標。針對發動機/液力變矩器間的旋轉彈性連線盤，項目研究分別從扭矩載荷和轉速波動及其耦合效應、內外緣溫升熱應力和彈塑性應力角度提出了彈性連線盤撕裂破壞問題的新見解，給出了避免破壞的機械動力學解決途徑。針對微驅動器中的高速旋轉微圓盤，項目研究通過圓盤內外徑和厚度幾何尺寸最佳化，獲得了最大化旋轉圓盤熱彈性阻尼，可為微驅動器MEMS性能評估和產品設計提供理論參考，同時為熱彈性阻尼最佳化實現高速旋轉圓盤的減振和平穩運行指出了方向。針對計算機硬碟驅動器中的高速旋轉圓盤，項目研究從圓盤/滑塊系統耦合動力學角度，揭示了硬碟驅動器讀寫數據振動噪聲的機械動力學成因，對驅動器降噪和性能提升具有指導意義。基於氣/熱/固多物理場耦合動力學模型，項目研究揭示了流體粘性耗散所致空氣動力學內部熱流對高速旋轉圓盤溫度分布和動力學特性的影響關係，提供了以往高速旋轉圓盤徑向溫度升高實驗觀察的合理解釋。項目研究給出了利用內緣溫升合理控制使得作用有滑塊載荷及其界面摩擦熱的高速旋轉圓盤順利突破臨界轉速平穩運行的新思路、新方法，對高速旋轉圓盤動力學基礎理論和套用技術推廣都具有重要意義和潛在價值。基於這些研究成果，本項目已在國際期刊發表論文6篇，其中已SCI檢索5篇，投稿SCI收錄國際期刊評審中論文2篇。先後與英國薩賽克斯大學Chatwin教授和利物浦大學Ouyang教授合作開展高速旋轉圓盤動力學研究，共同發表SCI論文3篇。通過本青年科學基金項目的資助，項目負責人得到了科研水平和創新能力的充分培養和提升，先後入選2012年吉林省高校優秀青年科研人才春苗培育計畫、2012年吉林省第三批拔尖創新人才第三層次人選、2014年吉林大學優秀青年教師培養計畫。
