Published November 24, 2021
| Version v1
Publication
Open
Bifurcation analysis of rotor/bearing system using third-order journal bearing stiffness and damping coefficients
Description
Abstract Hydrodynamic journal bearings are used in many applications which involve high speeds and loads. However, they are susceptible to oil whirl instability, which may cause bearing failure. In this work, a flexible Jeffcott rotor supported by two identical journal bearings is used to investigate the stability and bifurcations of rotor bearing system. Since a closed form for the finite bearing forces is not exist, nonlinear bearing stiffness and damping coefficients are used to represent the bearing forces. The bearing forces are approximated to the third order using Taylor expansion, and infinitesimal perturbation method is used to evaluate the nonlinear bearing coefficients. The mesh sensitivity on the bearing coefficients is investigated. Then, the equations of motion based on bearing coefficients are used to investigate the dynamics and stability of the rotor-bearing system. The effect of rotor stiffness ratio and applied load on the Hopf bifurcation stability and limit cycle continuation of the system are investigated. The results of this work show that evaluating the bearing forces using Taylor's expansion up to the third-order bearing coefficients can be used to profoundly investigate the rich dynamics of rotor-bearing systems.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تُستخدم محامل المجلة الهيدروديناميكية المجردة في العديد من التطبيقات التي تنطوي على سرعات وأحمال عالية. ومع ذلك، فهي عرضة لعدم استقرار دوران الزيت، مما قد يتسبب في فشل المحمل. في هذا العمل، يتم استخدام دوار جيفكوت المرن المدعوم باثنين من محامل المقعد المتطابقة للتحقيق في استقرار وتشعب نظام محمل الدوار. نظرًا لعدم وجود شكل مغلق لقوى المحامل المحدودة، يتم استخدام صلابة المحامل غير الخطية ومعاملات التخميد لتمثيل قوى المحامل. يتم تقريب قوى المحمل إلى الترتيب الثالث باستخدام تمدد تايلور، ويتم استخدام طريقة اضطراب متناهية الصغر لتقييم معاملات المحمل غير الخطية. يتم فحص حساسية الشبكة على معاملات المحمل. بعد ذلك، يتم استخدام معادلات الحركة القائمة على معاملات المحمل للتحقيق في ديناميكيات واستقرار النظام الحامل للدوار. يتم فحص تأثير نسبة صلابة الدوار والحمل المطبق على استقرار تشعب هوبف واستمرار دورة الحد للنظام. تُظهر نتائج هذا العمل أنه يمكن استخدام تقييم قوى المحمل باستخدام توسع تايلور حتى معاملات المحمل من الدرجة الثالثة للتحقيق بعمق في الديناميكيات الغنية للأنظمة الحاملة للدوار.Translated Description (French)
Résumé Les paliers lisses hydrodynamiques sont utilisés dans de nombreuses applications qui impliquent des vitesses et des charges élevées. Cependant, ils sont sensibles à l'instabilité du tourbillon d'huile, ce qui peut provoquer une défaillance des roulements. Dans ce travail, un rotor Jeffcott flexible supporté par deux paliers lisses identiques est utilisé pour étudier la stabilité et les bifurcations du système de roulement de rotor. Comme il n'existe pas de forme fermée pour les forces de roulement finies, la rigidité de roulement non linéaire et les coefficients d'amortissement sont utilisés pour représenter les forces de roulement. Les forces de roulement sont approximées au troisième ordre en utilisant la dilatation de Taylor, et une méthode de perturbation infinitésimale est utilisée pour évaluer les coefficients de roulement non linéaires. La sensibilité du maillage sur les coefficients de roulement est étudiée. Ensuite, les équations de mouvement basées sur les coefficients de roulement sont utilisées pour étudier la dynamique et la stabilité du système de roulement de rotor. L'effet du rapport de rigidité du rotor et de la charge appliquée sur la stabilité de la bifurcation de Hopf et la poursuite du cycle limite du système sont étudiés. Les résultats de ce travail montrent que l'évaluation des forces de roulement à l'aide de la dilatation de Taylor jusqu'aux coefficients de roulement du troisième ordre peut être utilisée pour étudier en profondeur la dynamique riche des systèmes de roulement de rotor.Translated Description (Spanish)
Los cojinetes de muñón hidrodinámicos se utilizan en muchas aplicaciones que implican altas velocidades y cargas. Sin embargo, son susceptibles a la inestabilidad del remolino de aceite, lo que puede causar fallas en los cojinetes. En este trabajo, se utiliza un rotor Jeffcott flexible soportado por dos cojinetes de muñón idénticos para investigar la estabilidad y las bifurcaciones del sistema de cojinetes del rotor. Dado que no existe una forma cerrada para las fuerzas de rodamiento finitas, se utilizan la rigidez de rodamiento no lineal y los coeficientes de amortiguación para representar las fuerzas de rodamiento. Las fuerzas de rodamiento se aproximan al tercer orden utilizando la expansión de Taylor, y se utiliza el método de perturbación infinitesimal para evaluar los coeficientes de rodamiento no lineales. Se investiga la sensibilidad de la malla en los coeficientes del rodamiento. Luego, las ecuaciones de movimiento basadas en los coeficientes de rodamiento se utilizan para investigar la dinámica y la estabilidad del sistema de rodamiento del rotor. Se investiga el efecto de la relación de rigidez del rotor y la carga aplicada sobre la estabilidad de la bifurcación de Hopf y la continuación del ciclo límite del sistema. Los resultados de este trabajo muestran que la evaluación de las fuerzas de rodamiento utilizando la expansión de Taylor hasta los coeficientes de rodamiento de tercer orden se puede utilizar para investigar profundamente la rica dinámica de los sistemas de rodamientos de rotor.Files
s11071-021-06965-4.pdf.pdf
Files
(2.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:9022db81a15172bd76d7182358f85197
|
2.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل التشعب لنظام الدوار/المحمل باستخدام صلابة تحمل المقعد من الدرجة الثالثة ومعاملات التخميد
- Translated title (French)
- Analyse de la bifurcation du système rotor/roulement à l'aide de la rigidité et des coefficients d'amortissement des paliers lisses de troisième ordre
- Translated title (Spanish)
- Análisis de bifurcación del sistema de rotor/cojinete utilizando la rigidez del cojinete de muñón de tercer orden y los coeficientes de amortiguación
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3133510405
- DOI
- 10.1007/s11071-021-06965-4
References
- https://openalex.org/W1970932968
- https://openalex.org/W1977788296
- https://openalex.org/W1978094658
- https://openalex.org/W1984516683
- https://openalex.org/W1984543148
- https://openalex.org/W1985584217
- https://openalex.org/W1989934531
- https://openalex.org/W1993385197
- https://openalex.org/W2006622993
- https://openalex.org/W2006764972
- https://openalex.org/W2007816150
- https://openalex.org/W2012550658
- https://openalex.org/W2014591924
- https://openalex.org/W2014957211
- https://openalex.org/W2029876718
- https://openalex.org/W2034780780
- https://openalex.org/W2036393468
- https://openalex.org/W2040313507
- https://openalex.org/W2049449673
- https://openalex.org/W2081696580
- https://openalex.org/W2087292911
- https://openalex.org/W2093698168
- https://openalex.org/W2165192287
- https://openalex.org/W2217901865
- https://openalex.org/W2234299570
- https://openalex.org/W2260404048
- https://openalex.org/W2299125483
- https://openalex.org/W2473832483
- https://openalex.org/W2477244626
- https://openalex.org/W2489486923
- https://openalex.org/W2490788987
- https://openalex.org/W2552252122
- https://openalex.org/W2593240279
- https://openalex.org/W2743151053
- https://openalex.org/W2749927756
- https://openalex.org/W2783078303
- https://openalex.org/W2809977653
- https://openalex.org/W2889565018
- https://openalex.org/W2901403669
- https://openalex.org/W2913157138
- https://openalex.org/W2990600352
- https://openalex.org/W2997923976
- https://openalex.org/W3008430521
- https://openalex.org/W4214727197
- https://openalex.org/W4234719899