Near-critical dynamics of a rigid rotor supported on semi-active journal bearings with piezoelectric actuators

• Autorzy: Przybyłowicz P. M.

Warianty tytułu

PL

Dynamika okołokrytyczna sztywnego wirnika podpartego w półaktywnych łożyskach ślizgowych z elementami piezoelektrycznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the problem of stability of an asymmetric journal bearing system enhanced with piezoelectric elements is considered. Journal bearings are known to exhibit dynamic loss of stability in the form of flutter-type vibration while exceeding the critical rotation speed. Piezoelectric actuators pushed in between the bearing housing and shell affect the size of the bearing gap, which directly influences the critical rotation speed and the moment when the system losses its stability. In the paper, the critical rotation speed is found from equations of motion linearized around the non-trivial equilibrium position. Its magnitude is then studied with respect to the applied gain in the control system. In a further part of the paper a non-linear problem of near-critical vibration is examined on the grounds of bifurcation analysis. Ther attention is focused on sensitivity of limit cycles to the proposed control strategy in terms of orbital stability. A considerable effect of the gain factor on Floquet's exponents versus asymmetry of the applied load is confirmed.

PL

W pracy przedstawiono problem stateczności asymetrycznego sztywnego wirnika podpartego w łożyskach ślizgowych zawierających elementy piezoelektryczne. Wirujące wały łożyskowane ślizgowo wykazują efekt dynamicznej utraty stateczności w postaci pojawienia się samowzbudnych drgań flatterowych przy przekraczaniu krytycznej prędkości obrotowej. Piezoelektryczny aktuator wciśnięty pomiędzy panew a obudowę łożyska pozwala sterować wielkością szczeliny smarnej. To z kolei wpływa na wartość krytycznej prędkości wirowania i moment pojawienia się samowzbudzenia. W prezentowanej pracy wyznaczono krytyczną prędkość wirowania na podstawie równań ruchu zlinearyzowanych wokół położenia równowagi oraz określono jej zależność od stałej sprzężenia zwrotnego w zaproponowanym układzie sterowania. W dalszej części zajęto się nieliniowym problemem drgań okołokrytycznych na podstawie analizy bifurkacyjnej. Uwagę skoncentrowano na wrażliwości cyklu granicznego na wartość wzmocnienia w układzie sterowania w sensie stateczności orbitalnej. Stwierdzono znaczny wpływ tej wielkości na wykładnik Floqueta w zależności od asymetrii przykładanego obciążenia.

Słowa kluczowe

EN

rotor; journal bearing; piezoelectric actuator; stability; bifurcation

PL

wirnik; łożysko ślizgowe; element piezoelektryczny; stateczność; bifurkacja

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2004
• Tom: nr 4
• Strony: 97--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys.

Twórcy

autor

Przybyłowicz P. M.

• Instytut Podstaw Budowy Maszyn, Politechnika Warszawska, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa

Bibliografia

• 1. Bonneau O., Lecoutre E., Frenê J.: Dynamic Behavior of a Rigid Shaft Mounted in an Active Bearing, Proceedings of ISROMAC-7, The 7-th Int. Symp. on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, (Ed. A. Muszyńska), 22-26 Feb. 1998, Honolulu, Hawaii, USA, Vol. A, 30-37.
• 2. Iooss G., Joseph D.D.: Elementary Stability and Bifurcation Theory, Springer-Verlag, New York, 1980.
• 3. Kurnik W., Starczewski Z.: Hydrodynamical Forces in a Journal Bearing Corresponding to Combined Piane Journal Motion, Machine Dynamics Pwblems, 4(1), 1984, 89-102.
• 4. Przybyłowicz P.M.: Piezoelectric Vibration Control of Rotating Structures, Prace Naukowe PW, Mechanika, z. 197, Oficyna Wyd. PW, 2002a.
• 5. Przybyłowicz P.M.: Asymmetric Rigid Rotor System Supported on Journal Bearings with Piezoactive Elements, Machine Dynamics Problems, 27(2), 87-106, 2004.