ارائه‌کننده: مهدی داداشی
استاد راهنما: دکتر قضاوی
استاد مشاور: دکتر نجفی
استاد ناظر داخلی: دکتر سجادپور
استاد ناظر خارجی: دکتر جعفری
تاریخ: 1403/06/26
ساعت: 10
مکان: دانشکده فنی و مهندسی، طبقه منفی یک، اتاق کنفرانس

چکیده:
یکی از اجزای حیاتی در صنایع مختلف، روتورها هستند که نقش مهمی در عملکرد کلی سیستم دارند. زمانی که یک تجهیز روتاری نیازمند کار در سرعت‌های بالا می‌باشد، دیگر بیرینگ‌های قدیمی همچون بالبیرینگ‌ها و رولبیرینگ‌ها پاسخگو نیستند. از این‌ رو بیرینگ‌های هوایی در سال‌های اخیر به دلیل مزایای برجسته‌ای مانند اصطکاک پایین، سایش کم، و قابلیت کار در سرعت‌های بالا، مورد توجه گسترده‌ای قرار گرفته‌اند.
در این تحقیق مدل‌سازی دینامیک غیرخطی روتور نامیزان با بیرینگ هوایی انجام شده است. معادلات کوپل شده غیرخطی در نرم افزار متلب به صورت عددی حل می‌شوند. این معادلات شامل معادلات رینولدز، معادلات روتور و معادلات فویل در بیرینگ هوایی می‌باشد.  همچنین منابع غیرخطی، فیلم هوا و فویل در بیرینگ هوایی در نظر گرفته شده‌اند. جهت گسسته‌سازی معادلات پیوسته ذکر شده و حل عددی آن‌ها از روش تفاضل‌محدود استفاده شده است. در ادامه نتایج توزیع فشار در بیرینگ و همچنین مدار مرکز روتور با سایر تحقیقات انجام شده صحت سنجی شدند. پس از آن به تحلیل مدار مرکز روتور در سرعت‌های گوناگون، اثر هندسه‌ی بیرینگ و جرم روتور بر توزیع فشار، تحلیل فازی روتور، تحلیل پونکاره و همچنین پاسخ فرکانسی روتور پرداخته شد. مشاهده شد که افزایش سرعت کاری روتور و افزایش جرم روتور می‌تواند مسیر روتور را منحرف کرده و منجر به ناپایداری شود.
همچنین مشخص شد در سرعت‌های کمتر از 40000 دوربردقیقه، شکل توزیع فشار ثابت خواهد بود و بسته به مقادیر متفاوت سرعت، پیک‌های فشار متفاوتی وجود خواهد داشت. تحلیل فازی کمک کرد تا نقاطی که سرعت روتور در جهات مختلف صفر می‌شود مشخص شود. همچنین با تحلیل فضای حالت نواحی تغییر سرعت و جهت حرکت روتور مشخص شد. این نواحی بسته به مقادیر مختلف می‌تواند در ناحیه مجاز قرار بگیرد و یا می‌تواند پس از برخورد روتور به پوسته بیرینگ، جهت حرکتی روتور عوض شود. همچنین نمودار پونکاره نشان داد که سیستم نسبت به تغییرات سرعت و جرم روتور حساس است و با تغییر این دو پارامتر، شرایط می‌تواند از حالت پریودیک به شبه‌پریودیک و یا آشوبناک تغییر وضعیت بدهد. پس از تحلیل فرکانسی مشخص شد پاسخ فرکانسی نزدیک به سرعت کاری روتور و یا نصف سرعت کاری روتور پیک خواهد زد.
در ادامه با استفاده از الگوریتم ژنتیک، پارامترهای لقی، سفتی ساختاری فویل بیرینگ و همچنین نسبت طول به قطر بیرینگ بهینه‌سازی شدند و با قراردادن این پارامترهای بهینه در سیستم، مشاهده شد که دامنه ارتعاشات روتور کاهش می‌یابد، زمان پایدار شدن روتور کم می‌شود و همچنین ظرفیت بیرینگ‌هوایی افزایش می‌یابد. این نتایج بیانگر اهمیت بهینه‌سازی پارامترهای مختلف سیستم و استفاده از روش‌های دقیق در مدل‌سازی و تحلیل دینامیکی روتورها با بیرینگ‌های هوایی است. نتایج به‌دست‌آمده در این تحقیق می‌تواند به بهبود طراحی و عملکرد سیستم‌های روتوری با بیرینگ‌هوایی در کاربردهای صنعتی متفاوت کمک کند.