弹性机匣-滚动轴承双盘碰摩转子系统动力学特性

提出考虑机匣弹性、轴承非线性回转动力激励、机匣与定子间弹性联接和陀螺效应的非对称悬臂双盘转子系统(简称为弹性转子系统)力学模型,利用数值积分方法分析系统在不平衡、轴承回转非线性动力激励和碰摩耦合故障下系统的分叉与混沌行为及幅频特性,分析结果表明:转子偏心矩、阻尼和转子中心与机匣中心之间的间隙对系统碰摩响应的演化规律均有较大的影响,一般情况下系统通向混沌的道路主要是周期3倍分叉,机匣弹性主要影响高阶临界转速,而轴承回转非线性动力激励主要影响低阶临界转速.     

带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

建立了含转子不平衡-松动-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型.在模型中,充分考虑了转子系统的不平衡、基础松动及转静碰摩故障的耦合;对滚动轴承模型,充分考虑了轴承间隙、轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由轴承支撑刚度变化而产生的VC（varying compliance）振动.运用数值积分方法获取了系统响应,并利用振幅-转速曲线图、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré截面图和轴心轨迹图研究了系统的分叉与混沌运动,分析了旋转速度、碰摩刚度、转子偏心量、轴承座质量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡-松动-碰摩故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力响应规律.     

转子有碰摩和支承松动故障时的混沌特性研究

以具有支承松动的Jeffcott转子为研究对象，并考虑到转子系统转子和定子间的碰摩现象，分析了支承松动和碰摩对转子系统刚度的影响，建立了转子系统振动的微分方程，并用数值方法分析系统的分叉与混沌等非线性动力学特性，数值分析表明，转子在碰摩和支承松动这两种非线性因素的作用下，具有复杂的拟周期运动和混沌运动。     

径向-轴向碰摩双盘转子-机匣系统的数值仿真分析

基于一新型径向-轴向复合碰摩双盘转子-机匣力学模型,利用数值积分和Poincare映射方法,对转子-机匣系统由于径向-轴向碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随转速和偏心量变化的分岔图和一些典型的Poincare截面图、相轨图、轴心轨迹、幅值谱图和时域响应等。研究结果表明:径向-轴向复合碰摩弯扭耦合系统具有很强的非线性,拟周期和混沌是系统碰摩的主要特征。系统参数的改变对系统响应的特征有较大的影响,随转速的增大表现为“周期→拟周期→周期→拟周期→周期→混沌”的演变过程。偏心比较小时,系统为周期1运动,超过某一值后,系统直接演化为混沌运动,或演变为拟周期运动,并最终进入混沌。碰摩时谐波成分存在,静子的频率成分较转子更为丰富,主要分布在两个区域,即1倍工频及其周围的高低频率成分,3倍工频及其周围的频率成分。静子的振动特征表现出了类似转子的演变规律。     

具有不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力学研究

建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡-碰摩耦合故障动力学模型.在滚动轴承模型中,充分考虑了滚动轴承间隙、滚动轴承的滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC(Varying compliance)振动,在转子系统中,考虑了不平衡和转静碰摩耦合故障.运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙、碰摩刚度、转子偏心量对系统动力响应的影响,研究了系统分叉与混沌特征分析,发现了通往混沌的倍周期分叉和阵发性分叉途径.     

挤压油膜阻尼器-碰摩转子系统的非线性特性研究

本文研究了挤压油膜阻尼器(SFD)支承的单盘转子系统的碰摩特性。研究发现系统响应不再具有典型的“碰摩分叉”，系统在高转速区以拟周期的方式进入混沌而在低转速区则有多种进入混沌的通道。系统一周内的碰摩次数与系统的分叉状态无关。系统有三条通向混沌的道路：1．倍周期分叉通向混沌；2．阵发性通向混沌；3．拟周期通向混沌。     

非对称转子系统的碰摩运动研究

研究了受非稳态油膜力作用的非对称转子系统的碰摩特性。利用数值积分和Poincare映射方法对系统的碰摩运动进行数值模拟研究，得到了系统随转速变化发生碰摩的分岔特性．并与不考虑碰摩力时的分岔特性进行了比较．发现碰摩区的出现与临界转速和油膜力特性有关，揭示了碰摩对非稳态油膜力作用下的非对称转子系统特性的影响。同时可以看到。碰摩转子系统存在阵发性、拟周期和倍周期分岔三条通向混沌的道路。     

非对称转子-轴承系统碰摩的动力学特性分析

建立了受非线性油膜力作用的非对称转子-轴承碰摩模型，考虑刚度的各向异性，运用数值方法研究了轴两个主方向上的刚度比rk发生变化时，系统的分叉特性，发现系统发生碰摩时倍周期运动-混沌运动-倍周期运动的运动路径和反向涡动现象。针对数值结果使用分叉图、Poincare映射图和轴心轨迹图等方法研究其非线性特性，分析了碰摩对受非线性油膜力作用的非对称转子一轴承系统的影响。     

考虑碰摩的裂纹转子非线性特性研究

建立了轴上出现横向裂纹并发生碰摩时转子系统的运动方程，采用数值仿真方法分析了转子系统的分叉与混沌现象。研究表明，转子在裂纹和碰摩两种非线性因素的作用下，具有非常丰富的非线性行为，为转子系统的故障诊断提供了一定依据。     

叶轮转子碰摩响应的分岔与稳定性

针对叶轮转子碰摩响应以及周期解的分岔和稳定性开展研究。基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立了叶轮转子碰摩的动力学方程,通过数值计算给出了系统响应随转速变化的分岔图,发现在碰摩时系统出现了多种周期运动和混沌等响应形式,并有倍周期分岔、跳跃以及混沌吸引子的转换等现象发生。将同伦延拓理论和打靶法相结合,在庞加莱截面上通过切向预估和法向校正,形成了一种新的延续打靶法,将其应用于叶轮转子碰摩周期解计算和稳定性分析中,给出了碰摩周期响应的分岔图,发现随转速的变化,系统出现了大量局部稳定的周期解。基于周期解分岔图研究了系统进入和退出混沌的路径,发现系统进入混沌的路径主要是鞍结分岔和倍周期分岔,退出混沌的路径有倍周期分岔、Hopf分岔以及边界激变。     

旋转机械动静碰摩机理研究

通过引入混沌理论对碰摩的非线性特征进行了理论分析及数值求解，研究不平衡力和转速等条件发生变化时，碰摩的发展历程。结果表明，随控制参数转速的变化，碰摩出现从稳定周期运动经过倍周期分叉到达混沌的特征。文中对某电厂200MW机组出现的碰摩故障进行了实际分析和理论对照，得到的一般规律和理论定性分析结果一致。     

双质体冲击振动成型机周期运动的稳定性与全局分岔

基于Poincar映射方法对双质体冲击振动成型机的动力学行为进行了分析,讨论了单冲击周期n运动的稳定性与局部分岔。通过数值仿真研究了双质体冲击振动成型机的周期运动向混沌运动演化的全局分岔过程,分析了系统参数对单冲击周期1运动、单冲击周期2次谐运动及混沌运动的影响。     

冲击振动成型机周期运动的Hopf-flip余维二分岔与混沌

基于冲击映射方法和数值仿真分析了一类冲击振动成型机单冲击周期运动的稳定性与Hopf-flip分岔。应用映射的中心流形-范式方法将冲击振动成型机的冲击映射降阶为三维映射,分析了相关范式映射的局部分岔特性及参数开折。通过定性分析与数值仿真研究了冲击振动成型机在Hopf-flip余维二分岔条件下的动力学行为,讨论了Hopf-flip分岔点附近周期冲击运动不动点类型的转迁及其向混沌运动的演化过程。     

松动碰摩转子轴承系统周期运动稳定性研究

根据松动碰摩耦合故障转子轴承系统的非线性动力学方程，利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶方法，对系统周期运动的稳定性及其失稳规律进行了研究，得到了系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速等参数域内的分岔集。分析表明：在较大和较小的不平衡量下，系统的周期运动分别以Hopf分岔形式和倍周期分岔形式失稳；耦合故障转子轴承系统表现出与碰摩转子轴承系统相似的分岔失稳规律；随着系统动静件之间的碰摩间隙减小，系统的Hopf分岔集区间变大而且失稳转速降低。该结论可以为转子系统的故障诊断、安全稳定运行及振动控制提供理论依据。     

俯冲拉起下裂纹转子的非线性

研究了裂纹转子在平飞和俯冲拉起状态下的非线性响应，建立了数学模型，推导了转子运动方程。由结果发现：响应进入混沌的道路有拟周期环面破裂、周期3运动失稳和阵发性混沌进入混沌三条。俯冲拉起一般会对系统的非线性响应起到抑制作用；但是系统响应的转角振幅明显增大，因此增大了转子失稳的可能性；深裂纹情形下，俯冲拉起的抑制作用不是很明显。     

考虑随机扰动时裂纹转子系统的分叉与混沌特性

应用Monte-Carlo随机模拟法，分析了白噪声扰动下裂纹转子系统的非线性特性。着重研究了当随机扰动存在时，裂纹转子中刚度变化比、转速比等参数对系统分又及混沌行为的影响。数值模拟表明，在拟周期与混沌解及其临近的分叉参数区间，随机扰动对系统的响应有比较显著的影响，且随机扰动的幅值越大，其影响也越明显；而在周期解处，随机扰动对系统响应的影响比较小。     

多自由度含间隙振动系统周期运动的Hopf-pitchfork余维二分岔

建立了多自由度含间隙振动系统对称型周期碰撞运动及Poincaré映射的解析表达式,讨论了该映射不动点的稳定性与局部分岔。应用映射的中心流形和范式方法,研究了映射在Hopf-pitchfork余维二分岔点附近的参数开折,揭示了含间隙振动系统在余维二分岔点附近的动力学行为。在该类余维二分岔点附近,不仅存在对称型周期碰撞运动、Hopf分岔和叉式分岔,还存在非对称型周期碰撞运动及其Hopf分岔。通过数值仿真研究了余维二分岔点附近含间隙振动系统对称型周期碰撞运动经叉式分岔和Hopf分岔向混沌的转迁过程。     

质量偏心旋转机械转子-机匣系统碰摩的失效研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子-机匣系统碰摩的动力学方程，进行了旋转机械转子-机匣系统碰摩可靠性分析，研究了转轴刚度和阻尼，定子刚度和阻尼，偏心距和定子径向刚度对可靠度的影响，并给出了数值分析解。     

多自由度含间隙振动系统周期运动的二重Hopf分岔

基于Poincaré映射方法和数值仿真分析了多自由度含间隙振动系统对称型周期碰撞运动的稳定性与二重Hopf分岔。应用映射的中心流形和范式方法,研究了高维映射在其Jacobian矩阵两对复共轭特征值同时穿越复平面单位圆周情况下的余维二分岔,分析了映射在二重Hopf分岔点附近的双参数开折,揭示了含间隙振动系统在二重Hopf分岔点附近的动力学行为。含间隙振动系统在二重Hopf分岔点附近存在对称型周期碰撞运动、对称型周期碰撞运动的Hopf分岔、环面分岔及“轮胎”型概周期吸引子。环面分岔导致了半吸引不变环和复杂的“轮胎”型概周期吸引子。