CN114036662A - 一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法 - Google Patents

一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法 Download PDF

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CN114036662A CN202111285078.9A CN202111285078A CN114036662A CN 114036662 A CN114036662 A CN 114036662A CN 202111285078 A CN202111285078 A CN 202111285078A CN 114036662 A CN114036662 A CN 114036662A
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Abstract

本发明涉一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，所述圆柱壳结构包括转子和静子，包括步骤：S1、获取圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相对应的点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向；其中A′点在B点和C点的中间；A′点为A点在静子上B点与C点之间连线上的投影点；S2、基于所述圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和/或λ，获取所述圆柱壳结构上任一点A所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力。

Description

一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法
技术领域
本发明涉及机械动力学技术领域，尤其涉及一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法。
背景技术
在国防、交通等领域中，航空发动机是机械制造行业中精度需求最高、制造难度最为复杂的代表之一，有着“工业皇冠上的明珠”之称。国内外大量学者重视对航空发动机动力学问题的研究，而其中转子系统作为航空发动机的核心，其动力学特性对于航空发动机的有效性和安全性十分重要。当整机振动过大，转子和静子之间间隙较小位置(如叶尖-机匣间、鼓筒-静叶间)容易发生碰磨故障，进而造成严重后果。
现有技术中对转子和静子之间发生的碰摩力的计算，静子的建模均基于刚性假设(即不考虑在碰摩过程中静子的柔性变形影响)。然而，在真实的航空发动机静子结构中，静子具有质轻、薄壁的特点。当发生碰摩故障后，极易发生剧烈振动，其柔性变形对碰摩力的计算具有较大影响。因此，现有技术中忽略静子柔性得到的碰摩力并不准确。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明实施例提供一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，所述圆柱壳结构包括转子和静子，包括以下步骤：
S1、获取圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相对应的点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向；
其中A′点介于B点和C点之间，且位于直线BC上；
A′点为A点在静子上B点与C点之间连线上的投影点；
S2、基于所述圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和/或λ，获取所述圆柱壳结构上任一点A所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力；
其中，λ＝|A′C|/|BC|。
优选的，所述方法还包括：
S3、判断所述圆柱壳结构上A点所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力是否超过预先设定碰摩力阈值，根据判断结果发出预警信号。
优选的，在S1之前所述方法还包括：
S0、建立所述圆柱壳结构的整体坐标系，并根据所述整体坐标系分别确定A点、B点、C点的坐标位置；
相应的，S1具体包括：
基于所述定A点、B点、C点的坐标位置，获取圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向。
优选的，所述S0具体包括：
S01、建立所述圆柱壳结构的整体坐标系；
所述整体坐标系为所述圆柱壳结构处于静止状态时所建立的；
所述圆柱壳结构静子中心与所述整体坐标系的原点重合；
所述圆柱壳结构的整体坐标系的z轴为所述圆柱壳结构中转子的轴线所在的直线；
所述圆柱壳结构的整体坐标系的x轴和y轴分别与z轴垂直；
其中，转子的圆心位于O处，其轴心的偏心量为e；
其中，圆柱壳结构转子上A点与x的夹角介于第一夹角和第二夹角之间；
所述第一夹角为圆柱壳结构静子上B点与x轴的夹角；
所述第二夹角为圆柱壳结构静子上C点与x轴的夹角；
S0-2、基于所述整体坐标系，由公式(1)确定A点的坐标位置；由公式(2)确定B点的坐标位置；由公式(3)确定C点的坐标位置；
公式(1)为：
Figure BDA0003332717230000031
公式(2)为：
Figure BDA0003332717230000032
公式(3)为：
Figure BDA0003332717230000033
其中，uA为A点在x轴方向的振动位移；
vA为A点在y轴方向的振动位移；
uB为B点在x轴方向的振动位移；
vB为B点在y轴方向的振动位移；
uC为C点在x轴方向的振动位移；
vC为C点在y轴方向的振动位移；
Rdr代表转子碰摩节点的曲率半径；
Rin代表静子碰摩节点的曲率半径；
α为转子上碰摩节点A的转角与相对x轴的相位角之和；
βB为静子上B点对应的相位角；
βC为静子上C点对应的相位角。
优选的，所述S2具体包括：
基于所述圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向，采用公式(a)计算所述圆柱壳结构上A点所受到的碰摩力；
公式(a)：
Figure BDA0003332717230000041
其中，sgn(H)在A点的切向摩擦力的方向为正方向时为1，在A点的切向摩擦力的方向为反方向时为－1；
Figure BDA0003332717230000042
为转子上A点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影；
Figure BDA0003332717230000043
为转子上A点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影；
Fn A为转子上A点所受到的法向碰摩力的大小；
Figure BDA0003332717230000044
为B点和C点之间的法向量rBC,n在x轴方向上的投影；
Figure BDA0003332717230000045
为B点和C点之间的法向量rBC,n在y轴方向上的投影；
Ft A为转子上A点所受到的切向碰摩力的大小；
ω为转子转速；
t为时间；
基于所述圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和λ，采供公式(b)计算所述圆柱壳结构上任一点B所受到的碰摩力；以及采用公式(c)计算所述圆柱壳结构上任一点C所受到的碰摩力；
公式(b)：
Figure BDA0003332717230000051
Figure BDA0003332717230000052
为静子上B点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影；
Figure BDA0003332717230000053
为静子上B点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影；
公式(c)：
Figure BDA0003332717230000054
Figure BDA0003332717230000055
为静子上C点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影；
Figure BDA0003332717230000056
为静子上C点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影。
优选的，所述S1包括：
基于B点的坐标位置和C点的坐标位置，采用公式(4)获取B点和C点之间的法向量rBC,n；
公式(4)为：
Figure BDA0003332717230000057
优选的，所述S1还包括：
A′点的坐标位置满足公式(5)，其中公式(5)为：
Figure BDA0003332717230000061
基于所述法向量rBC,n、A点坐标位置和A′点的坐标位置，确定间隙函数cr；
其中，cr＝[rBC,n,-rBC,n][XA,YA,XA′,YA′]T；
其中[]T表示向量的转置；
基于所述间隙函数cr，采用公式(6)确定A点对应的侵入量δ；
公式(6)为：
Figure BDA0003332717230000062
基于所述A对应的侵入量δ，采用公式(7)获取圆柱壳结构转子上A点所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft；
公式(7)为：
Figure BDA0003332717230000063
优选的，
基于A点坐标位置和A′点的坐标位置，分别采用公式(8)获取A点的速度，采用公式(9)获取A′点的速度；
公式(8)为：
Figure BDA0003332717230000064
公式(9)为：
Figure BDA0003332717230000071
基于A点的速度采用公式(10)获取A点发生碰摩时的切向速度，以及A′基于点的速度采用公式(11)获取A′点发生碰摩时的切向速度；
公式(10)为：
Figure BDA0003332717230000072
公式(11)为：
Figure BDA0003332717230000073
其中，
Figure BDA0003332717230000074
基于A点发生碰摩时的切向速度、A′点发生碰摩时的切向速度根据预先设定的规则确定A点的切向摩擦力的方向。
优选的，
所述预先设定的规则包括：
在第一条件或第二条件或第三条件下，所述转子所受到的切向碰摩力为反向；
所述第一条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为锐角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值小于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第二条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值大于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第三条件为：A点切向速度与A′点的切向速度反向，且A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角；
在第四条件或第五条件或第六条件下，所述转子所受到的切向碰摩力为正向；
所述第四条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为锐角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值大于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第五条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值小于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第六条件为：A点切向速度与A′点的切向速度反向，且A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角。
优选的，
所述转子为叶尖，所述静子为机匣；
或者，所述转子为鼓筒，所述静子为静叶。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，由于通过获取的圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相对应的点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向，根据公式(a)、公式(b)、公式(c)的计算，可以获取所述圆柱壳结构上任一点A所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力，并通过与预先设定碰摩力阈值进行对比判断，根据判断结果发出预警信号，进一步调整圆柱壳结构使生产成本降低，缩短圆柱壳结构设计周期。
附图说明
图1为本发明的一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法流程图；
图2为本发明实施例中圆柱壳结构中A点和B点、C点的角度关系示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参见图1，本实施例提供一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，所述圆柱壳结构包括转子和静子，包括以下步骤：
S1、获取圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相对应的点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向。
其中A′点介于B点和C点之间，且位于直线BC上。
A′点为A点在静子上B点与C点之间连线上的投影点。
S2、基于所述圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和/或λ，获取所述圆柱壳结构上任一点A所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力。
其中，λ＝|A′C|/|BC|。
在本实施例的实际应用中，所述方法还包括：
S3、判断所述圆柱壳结构上A点所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力是否超过预先设定碰摩力阈值，根据判断结果发出预警信号。
在具体应用中本实施例提供一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，主要基于旋转部件与静止部件的相对运动关系。
将本发明所述的适用于圆柱壳结构的碰摩力计算方法引入简化的航空发动机模型中，采用自编程的方法建立航空发动机转-静子系统的有限元模型，本发明所述的圆柱壳结构的碰摩力计算方法应用于转子与静子之间的碰摩故障当中。
在本实施例的实际应用中，在S1之前所述方法还包括：
S0、建立所述圆柱壳结构的整体坐标系，并根据所述整体坐标系分别确定A点、B点、C点的坐标位置。
相应的，S1具体包括：基于所述定A点、B点、C点的坐标位置，获取圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向。
在本实施例的实际应用中，所述S0具体包括：
参见图2，S01、建立所述圆柱壳结构的整体坐标系。
所述整体坐标系为所述圆柱壳结构处于静止状态时所建立的。
所述圆柱壳结构静子中心与所述整体坐标系的原点重合。
所述圆柱壳结构的整体坐标系的z轴为所述圆柱壳结构中转子的轴线所在的直线。
所述圆柱壳结构的整体坐标系的x轴和y轴分别与z轴垂直。
其中，转子的圆心位于O处，其轴心的偏心量为e。
参见图2，其中，圆柱壳结构转子上A点与x的夹角(也就是图2中的角θA)介于第一夹角和第二夹角之间。
所述第一夹角为圆柱壳结构静子上B点与x轴的夹角(也就是图2中的角θB)。
所述第二夹角为圆柱壳结构静子上C点与x轴的夹角(也就是图2中的角θC)。
S0-2、基于所述整体坐标系，由公式(1)确定A点的坐标位置；由公式(2)确定B点的坐标位置；由公式(3)确定C点的坐标位置。
公式(1)为：
Figure BDA0003332717230000111
公式(2)为：
Figure BDA0003332717230000112
公式(3)为：
Figure BDA0003332717230000113
其中，uA为A点在x轴方向的振动位移。
vA为A点在y轴方向的振动位移。
uB为B点在x轴方向的振动位移。
vB为B点在y轴方向的振动位移。
uC为C点在x轴方向的振动位移。
vC为C点在y轴方向的振动位移。
Rdr代表转子碰摩节点的曲率半径。
Rin代表静子碰摩节点的曲率半径。
α为转子上碰摩节点A的转角与相对x轴的相位角之和。
βB为静子上B点对应的相位角。
βC为静子上C点对应的相位角。
在本实施例的实际应用中，所述S2具体包括：
基于所述圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向，采用公式(a)计算所述圆柱壳结构上A点所受到的碰摩力。
公式(a)：
Figure BDA0003332717230000121
其中，sgn(H)在A点的切向摩擦力的方向为正方向时为1，在A点的切向摩擦力的方向为反方向时为－1。
Figure BDA0003332717230000122
为转子上A点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影。
Figure BDA0003332717230000123
为转子上A点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影。
Fn A为转子上A点所受到的法向碰摩力的大小。
Figure BDA0003332717230000124
为B点和C点之间的法向量rBC,n在x轴方向上的投影。
Figure BDA0003332717230000125
为B点和C点之间的法向量rBC,n在y轴方向上的投影。
Ft A为转子上A点所受到的切向碰摩力的大小。
ω为转子转速。
t为时间。
基于所述圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和λ，采供公式(b)计算所述圆柱壳结构上任一点B所受到的碰摩力；以及采用公式(c)计算所述圆柱壳结构上任一点C所受到的碰摩力。
公式(b)：
Figure BDA0003332717230000131
Figure BDA0003332717230000132
为静子上B点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影。
Figure BDA0003332717230000133
为静子上B点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影。
公式(c)：
Figure BDA0003332717230000134
Figure BDA0003332717230000135
为静子上C点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影。
Figure BDA0003332717230000136
为静子上C点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影。
在本实施例的实际应用中，所述S1包括：
基于B点的坐标位置和C点的坐标位置，采用公式(4)获取B点和C点之间的法向量rBC,n。
公式(4)为：
Figure BDA0003332717230000137
在本实施例的实际应用中，所述S1还包括：
A′点的坐标位置满足公式(5)，其中公式(5)为：
Figure BDA0003332717230000141
基于所述法向量rBC,n、A点坐标位置和A′点的坐标位置，确定间隙函数cr。
其中，cr＝[rBC,n,-rBC,n][XA,YA,XA′,YA′]T。
其中[]T表示向量的转置。
基于所述间隙函数cr，采用公式(6)确定A点对应的侵入量δ。
公式(6)为：
Figure BDA0003332717230000142
基于所述A对应的侵入量δ，采用公式(7)获取圆柱壳结构转子上A点所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft。
公式(7)为：
Figure BDA0003332717230000143
在本实施例的实际应用中，基于A点坐标位置和A点的坐标位置，分别采用公式(8)获取A点的速度，采用公式(9)获取A′点的速度。
公式(8)为：
Figure BDA0003332717230000144
公式(9)为：
Figure BDA0003332717230000151
基于A点的速度采用公式(10)获取A点发生碰摩时的切向速度，以及A′基于点的速度采用公式(11)获取A′点发生碰摩时的切向速度。
公式(10)为：
Figure BDA0003332717230000152
公式(11)为：
Figure BDA0003332717230000153
其中，
Figure BDA0003332717230000154
基于A点发生碰摩时的切向速度、A′点发生碰摩时的切向速度根据预先设定的规则确定A点的切向摩擦力的方向。
在本实施例的实际应用中，所述预先设定的规则包括：
在第一条件或第二条件或第三条件下，所述转子所受到的切向碰摩力为反向。
所述第一条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为锐角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值小于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值。
所述第二条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值大于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值。
所述第三条件为：A点切向速度与A′点的切向速度反向，且A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角。
在第四条件或第五条件或第六条件下，所述转子所受到的切向碰摩力为正向。
所述第四条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为锐角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值大于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值。
所述第五条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值小于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值。
所述第六条件为：A点切向速度与A′点的切向速度反向，且A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角。
在本实施例的实际应用中，所述转子为叶尖，所述静子为机匣；或者，所述转子为鼓筒，所述静子为静叶。
本实施例中的一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，由于通过获取的圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相对应的点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向，根据公式(a)、公式(b)、公式(c)的计算，可以获取所述圆柱壳结构上任一点A所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力，并通过与预先设定碰摩力阈值进行对比判断，根据判断结果发出预警信号，进一步调整圆柱壳结构使生产成本降低，缩短圆柱壳结构设计周期。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (10)

1.一种适用圆柱壳结构的碰摩力预测方法，所述圆柱壳结构包括转子和静子，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相对应的点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向；
其中A′点介于B点和C点之间，且位于直线BC上；
A′点为A点在静子上B点与C点之间连线上的投影点；
S2、基于所述圆柱壳结构转子上任一点A所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和/或λ，获取所述圆柱壳结构上任一点A所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力；
其中，λ＝|A′C|/|BC|。
2.根据权利要求1所述的碰摩力预测方法，其特征在于，所述方法还包括：
S3、判断所述圆柱壳结构上A点所受到的碰摩力以及所述圆柱壳结构静子上B点和C点分别所受的碰摩力是否超过预先设定碰摩力阈值，根据判断结果发出预警信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1之前所述方法还包括：
S0、建立所述圆柱壳结构的整体坐标系，并根据所述整体坐标系分别确定A点、B点、C点的坐标位置；
相应的，S1具体包括：
基于所述定A点、B点、C点的坐标位置，获取圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S0具体包括：
S01、建立所述圆柱壳结构的整体坐标系；
所述整体坐标系为所述圆柱壳结构处于静止状态时所建立的；
所述圆柱壳结构静子中心与所述整体坐标系的原点重合；
所述圆柱壳结构的整体坐标系的z轴为所述圆柱壳结构中转子的轴线所在的直线；
所述圆柱壳结构的整体坐标系的x轴和y轴分别与z轴垂直；
其中，转子的圆心位于O处，其轴心的偏心量为e；
其中，圆柱壳结构转子上A点与x的夹角介于第一夹角和第二夹角之间；
所述第一夹角为圆柱壳结构静子上B点与x轴的夹角；
所述第二夹角为圆柱壳结构静子上C点与x轴的夹角；
S0-2、基于所述整体坐标系，由公式(1)确定A点的坐标位置；由公式(2)确定B点的坐标位置；由公式(3)确定C点的坐标位置；
公式(1)为：
Figure FDA0003332717220000021
公式(2)为：
Figure FDA0003332717220000022
公式(3)为：
Figure FDA0003332717220000023
其中，uA为A点在x轴方向的振动位移；
vA为A点在y轴方向的振动位移；
uB为B点在x轴方向的振动位移；
vB为B点在y轴方向的振动位移；
uC为C点在x轴方向的振动位移；
vC为C点在y轴方向的振动位移；
Rdr代表转子碰摩节点的曲率半径；
Rin代表静子碰摩节点的曲率半径；
α为转子上碰摩节点A的转角与相对x轴的相位角之和；
βB为静子上B点对应的相位角；
βC为静子上C点对应的相位角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括：
基于所述圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向，采用公式(a)计算所述圆柱壳结构上A点所受到的碰摩力；
公式(a)：
Figure FDA0003332717220000031
其中，sgn(H)在A点的切向摩擦力的方向为正方向时为1，在A点的切向摩擦力的方向为反方向时为－1；
Figure FDA0003332717220000032
为转子上A点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影；
Figure FDA0003332717220000033
为转子上A点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影；
Figure FDA0003332717220000034
为转子上A点所受到的法向碰摩力的大小；
Figure FDA0003332717220000035
为B点和C点之间的法向量rBC,n在x轴方向上的投影；
Figure FDA0003332717220000041
为B点和C点之间的法向量rBC,n在y轴方向上的投影；
Ft A为转子上A点所受到的切向碰摩力的大小；
ω为转子转速；
t为时间；
基于所述圆柱壳结构转子上任一点A的所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft、圆柱壳结构静子上与A点相邻的两个节点B点和C点之间的法向量rBC,n、A点的切向摩擦力的方向和λ，采供公式(b)计算所述圆柱壳结构上任一点B所受到的碰摩力；以及采用公式(c)计算所述圆柱壳结构上任一点C所受到的碰摩力；
公式(b)：
Figure FDA0003332717220000042
Figure FDA0003332717220000043
为静子上B点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影；
Figure FDA0003332717220000044
为静子上B点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影；
公式(c)：
Figure FDA0003332717220000045
Figure FDA0003332717220000046
为静子上C点所受到的碰摩力在x轴方向上的投影；
Figure FDA0003332717220000047
为静子上C点所受到的碰摩力在y轴方向上的投影。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S1包括：
基于B点的坐标位置和C点的坐标位置，采用公式(4)获取B点和C点之间的法向量rBC,n；
公式(4)为：
Figure FDA0003332717220000051
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S1还包括：
A′点的坐标位置满足公式(5)，其中公式(5)为：
Figure FDA0003332717220000052
基于所述法向量rBC,n、A点坐标位置和A′点的坐标位置，确定间隙函数cr；
其中，cr＝[rBC,n,-rBC,n][XA,YA,XA′,YA′]T；
其中[]T表示向量的转置；
基于所述间隙函数cr，采用公式(6)确定A点对应的侵入量δ；
公式(6)为：
Figure FDA0003332717220000053
基于所述A对应的侵入量δ，采用公式(7)获取圆柱壳结构转子上A点所受到的法向碰摩力Fn与切向碰摩力Ft；
公式(7)为：
Figure FDA0003332717220000054
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
基于A点坐标位置和A′点的坐标位置，分别采用公式(8)获取A点的速度，采用公式(9)获取A′点的速度；
公式(8)为：
Figure FDA0003332717220000061
公式(9)为：
Figure FDA0003332717220000062
基于A点的速度采用公式(10)获取A点发生碰摩时的切向速度，以及A′基于点的速度采用公式(11)获取A′点发生碰摩时的切向速度；
公式(10)为：
Figure FDA0003332717220000063
公式(11)为：
Figure FDA0003332717220000064
其中，
Figure FDA0003332717220000065
基于A点发生碰摩时的切向速度、A′点发生碰摩时的切向速度根据预先设定的规则确定A点的切向摩擦力的方向。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述预先设定的规则包括：
在第一条件或第二条件或第三条件下，所述转子所受到的切向碰摩力为反向；
所述第一条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为锐角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值小于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第二条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值大于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第三条件为：A点切向速度与A′点的切向速度反向，且A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角；
在第四条件或第五条件或第六条件下，所述转子所受到的切向碰摩力为正向；
所述第四条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为锐角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值大于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第五条件为：A点切向速度与A′点的切向速度同向，A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角，且A点发生碰摩时的切向速度的绝对值小于A′点发生碰摩时的切向速度的绝对值；
所述第六条件为：A点切向速度与A′点的切向速度反向，且A点发生碰摩时的绝对速度与向量BC的夹角为钝角。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述转子为叶尖，所述静子为机匣；
或者，所述转子为鼓筒，所述静子为静叶。
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