采用Poincaré映射分析含裂纹转子的非协调响应

由Poincaré映射不动点的稳定性理论出发,采用"呼吸"型裂纹模型,考虑了裂纹在轴旋转过程中的开闭情况,研究了含裂纹转子的非协调响应,如次谐波的产生、周期运动的突跳现象以及拟周期运动,并分析了其稳定性.由研究结果可以看出,二次谐波的产生对应于倍周期分叉,运动的突跳现象对应于鞍-结分叉,拟周期运动对应于Naimark-Sacker分叉.     

带弹性支承的挤压油膜阻尼器转子响应与分叉

研究了弹性支承下的挤压油膜阻尼器(SFD)转子系统的非线性响应,及其响应的分叉情况。推导了弹性支承、带挤压油膜阻尼器的单盘转子系统的运动微分方程。提出了一种通过求解微扰方程的数值解来计算F loquet乘子的新方法,用来分析转子系统周期解的稳定性,并判断周期解发生分叉的类型。由数值仿真的结果可以看出,响应的分叉主要为鞍结分叉与二次Hopf分叉;支承刚度对油膜力与轴承响应影响很大,支承刚度过大时会引起SFD的油膜涡动。     

负泊松比超材料减振结构设计与实验验证

旋转机械的转子部件发生故障时,振幅会迅速增大甚至发散,此时需要一种轻质高效的吸能减振结构,快速控制转子部件的振动幅值.本文基于负泊松比材料概念,提出了一种针对转子系统的负泊松比弧形超材料减振结构,可以实现很好的故障转子减振效果.首先,通过释放自由度提出了了负泊松比非对称星形胞单元,设计了针对转子的超材料减振结构,并给出了相应的能量吸收指标.然后,基于有限元模型进行了动力学仿真,讨论了不同冲击速度、不同冲击角度对能量吸收性能的影响.结果表明,低速冲击下,材料主要产生弹性变形吸能.随着冲击速度增加,材料变为弹塑性变形混合吸能模式,有效吸能率会明显增大.特别是在冲击速度较大时,减振结构的吸能率会迅速增加,这对于转子突发故障的减振十分有利.最后,设计了验证实验,对故障转子进行了负泊松比减振结构的验证实验.实验结果证明,对于转子的不平衡故障响应,设计的减振结构能够起到很好的抑制转子振动与吸收振动动能效果.     

压电超材料单元设计及在弹性梁减振中的应用

超材料是将不同性质的材料按照某种规律组合在一起形成的一种周期材料.由于其对弹性波的传递会产生带隙效应,因此在噪声控制、减振隔振等领域得到重视.本文设计了一种压电超材料,通过压电材料元胞的周期性排列,产生频率带隙,以获得减振效果.结构尺寸及厚度小,可以粘贴在主结构上.首先分析了设计的压电超材料色散特性;其次,利用压电超材料对悬臂梁结构进行了减振研究,分析了若干个元胞组成的压电超材料对梁振动能量的调控,并结合压电片上的电压曲线;最后,研究了分流电路中的电阻值和电感值对压电超材料梁减振特性的影响.提出此类压电超材料的进一步改进方向.     

航空飞行器发动机燃烧室声振耦合分析

航空飞行器发动机燃烧室工作过程中,由于受到高强噪声激励引起的周围气体与结构的耦合振动,会导致航空飞行器结构破坏.以某飞行器发动机燃烧室作为研究对象,采用边界元方法,对航空飞行器发动机燃烧室进行仿真计算,在单极子声源激励下得到声振耦合特性:振动响应、内外表面声压分布及外部圆筒场点的声压分布,并对不同考察点的声振耦合特性在不同频率声源的激励下进行了对比分析.结果表明,不同频率下结构表现出了不同的声振耦合特性,对航空飞行器发动机燃烧室设计有一定的参考价值.     

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。     

随机及移动荷载激励下弹性梁分岔与混沌

移动荷载通过简支梁时,粗糙的梁表面会使移动荷载转变为随机激励.本文考虑梁的几何非线性因素,基于随机Melnikov理论确定了系统在均方意义下发生异宿分岔以及混沌的边界条件.利用数值随机Runge-Kutta方法对随机激励和周期激励共同作用下的系统响应进行了仿真计算,最大Lyapunov指数等数值结果描述了动力学行为变化过程.结果表明当荷载的速度一定时,梁跨中的非线性动力学行为受到质量和随机激励的共同影响,表面平整度较差的梁会增加混沌产生的可能性.     

含横向裂纹Jeffeott转子刚度分析

基于断裂力学理论和应变能密度函数，在考虑转盘摆振的情形下，推导了含裂纹轴的刚度，合理地解释了不考虑摆振情形下理论计算刚度比试验刚度偏小的原因。通过对刚度进行数值计算发现：细长比越大，转轴在垂直裂纹方向和平行裂纹方向的刚度差也越大，并且随裂纹增大，两个方向的刚度差存在一个峰值，达到峰值的裂纹深度随细长比的增大而减小。     

一种描述非线性动力学响应的新方法

针对常用非线性振动分析方法的不足,基于故障诊断理论提出了一种称为周期采样峰-峰值(PSP)图的分析方法,该方法可以有效描述非线性系统的不同类型响应,并用其研究了Duffing方程、滞后非线性汽车悬架系统和裂纹转子系统的非线性动力学响应。数值仿真结果表明,从PSP图可以明显区分响应的周期、拟周期与混沌运动,对应于周期、多倍T周期和拟周期的响应是规则的点集,而对应于混沌运动是无规则的点集。     

单盘裂纹转子次谐波共振实验研究

采用Bently模拟转子试验台,对轴上含裂纹的单盘转子系统进行了实验研究。发现裂纹会导致响应在1/2和2/3倍临界转速附近出现次谐波共振现象,在这些转速下系统响应出现了次谐波和高次谐波分量,如1/2倍频、3/2倍频、2倍频、3倍频和4倍频分量,并导致这些转速下振幅急剧增大,影响转子的稳定运转。摆振对裂纹非常敏感,在裂纹较小时就可观察到较为明显的倍频成分,并且其幅值比无裂纹时大一倍以上,可作为转轴上裂纹识别的重要参数。