多自由度裂纹转子系统非线性动力学特性分析

大型旋转机械转轴裂纹具有复杂的高维非线性特征, 由此产生的机械故障时有发生。本文根据某航空发动机低压转子系统,利用拉格朗日原理建立了具有26个自由度的含有裂纹故障的高维非线性动力学模型。引进改进的POD方法成功将该系统降为具有两个自由度含有特征的低维非线性系统。数值模拟结果显示降维系统具有与原系统一致的非线性动力学特征,表明本方法对解决高维非线性问题具有较好的有效性。此外,本文还利用C-L方法对其进行分岔分析,讨论了系统参数与系统动态行为之间的关系,得到了裂纹转子各种不同分岔模式,得到了裂纹二分之一亚谐共振条件下的非线性动力学特性, 准确反映了裂纹转子的动力学特征。     

Bonhoeffer-van der Pol方程的混沌控制

基于延时反馈混沌控制方法和相空间压缩法,提出了一种改进的延时控制方法,即：将空间压缩作为系统状态变量的一种约束施加到延时反馈混沌控制中．以Bonhoeffer-van der Pol系统为例,数值验证了此改进方法的有效性．结果表明：对于具有单个吸引子的混沌系统,此方法可以将混沌系统很快控制到一个期望的周期轨道上,与原始的延时反馈方法相比减少了恢复时间．对于具有多个混沌吸引子的系统,通过增加适当的相空间限制器,可以快捷地将系统稳定在嵌入于不同混沌吸引子中的期望周期轨道上．     

一类非光滑多自由度系统内共振情况的分岔特性

以双质体共振筛为模型，讨论此类非光滑多自由度系统在内共振情况下的分岔特性。对系统的分段线性函数采用多项式拟合的方法，应用复内积平均法得到内共振情况下的分岔方程，并应用C-L（Chen-Langford）方法对之进行奇异性分析，得到多种分岔模式。理论和数值结果一致。在给定系统参数一定数值的情况下，发现不同于主共振的由组合共振引起的共振现象。本文结果可为此类系统的参数优化和故障诊断提供理论指导。     

含裂纹故障齿轮系统的非线性动力学研究

考虑时变啮合刚度、间隙非线性及传动误差的影响,针对试验齿轮箱中的单对齿轮传动建立齿轮副扭转振动的参数化动力学模型,对裂纹故障的非线性动力学机理进行研究。采用平均法分析齿轮裂纹模型的主共振及1/2亚谐共振的动力学响应;给出裂纹演化过程对齿轮系统啮合刚度及动力学行为的影响;通过幅频特性曲线、时域图、相轨迹图、Poincaré截面图及频谱图综合分析含有裂纹故障齿轮的振动特征;通过奇异性理论分析裂纹程度及传动误差所产生的内部激励与系统动力学分岔的关系,从而揭示了不同裂纹程度和传动误差所引起的不同分岔模式;最后通过试验提取含有裂纹故障齿轮的振动特征,试验结果验证了理论分析的结果,从而为齿轮系统裂纹故障的识别提供理论依据。     

机械故障诊断的非线性动力学原理

系统地介绍故障诊断的动力学原理,重点是机械故障诊断的非线性动力学原理.将机械装备分为可建模系统和不可建模系统.对可建模系统,基于分岔理论的故障机理分析,可对某些疑难振动故障的机理、控制和预测提供指导,以旋转机械为例,介绍建模方法.对不可建模系统,根据混沌动力学理论,应用实测振动数据可对系统进行相空间重构,根据表征能量分布的奇异谱的谱型可判断故障发生的根源.通过介绍,希望引起更多学者的注意和参与,相信这个研究方向对复杂装备制造水平的全面提升和非线性动力学理论的发展都是有意义的.     

基于轨迹的非线性转子系统参数稳定裕度的计算

对高维非线性非自治转子系统进行数值积分后，将各自由度的运动方程中除该自由度外的所有状态变量用积分结果代换，得到n个互相解耦且含有多个时变参数的单自由度子方程。引和在电力系统中得到广泛应用的轨迹保稳降维概念，将已有的R^n轨线映射为一系列的R^1映象轨线。在R^1观察空间的外力一位移扩展相平面上利用动态中心点的动能差序列研究转子系统中常见的周期运动、倍周期运动、概周期运动和失稳运动的特点。给出对应上述几种典型运动形式的轨线稳定裕度的定量评估指标。根据轨线稳定裕度求取参数稳定裕度，以指导工程设计和控制。     

转子轴系弯扭耦合振动的次同步谐振分析

考虑次同步谐振对汽轮发电机转子轴系的影响,建立了低压缸转子和发电机转子弯扭耦合振动系统的非线性动力学模型。质量偏心是引起弯扭耦合振动的重要因素,偏心量越大弯扭耦合越明显。应用平均法得到系统的分岔方程,通过奇异性理论分析得出：转迁集将参数平面划分为四个不同区域,在不同的参数区域内系统的运动模式不同。应用解析和数值的方法分析了系统的分岔特性比较发现：在次同步谐振作用下,仅考虑扭转振动是不全面的,应该将弯曲振动和扭转振动同时考虑更为合理。该结果可以为该系统的参数设计和故障诊断提供理论依据     

含裂纹故障的航空发动机转子系统动力学特性分析

针对某含有呼吸裂纹故障的航空发动机高压转子系统,研究了系统的动力学特性。考虑裂纹转子的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用转子动力学有限元法建立了系统的动力学方程。采用谐波平衡法对方程进行近似求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和1/n(n=2,3,4)倍临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对系统振动响应的影响,表明位于跨中的深裂纹影响最大;计算了系统在升速过程中的三维频谱图,结果表明二倍频、三倍频、四倍频成分明显。用Newmark-β数值方法验证了计算结果的正确性。提出的空心轴呼吸裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导。     

考虑平方阻尼及分段线性刚度铰接塔-油轮系统的分岔与混沌特性

研究了铰接塔-油轮系统在规则激励下的分岔和混沌特性。将该系统简化为单自由度分段线性恢复刚度,含平方阻尼的动力学分析模型,建立了铰接装载塔的分段非线性运动方程。使用增量谐波平衡法(IHB)获得系统周期解,结合Floquet理论判断系统周期解的稳定性,使用增量弧长法进行路径跟踪,获得了系统响应曲线和通向混沌的道路,发现两种由倍周期分岔导致的混沌运动。并且,为了验证系统的混沌运动,计算得到了两种混沌运动从产生到消失过程的最大Lyapunov指数图。     

火箭非线性动力学行为研究中的若干问题

对火箭非线性动力学行为研究中涉及的建模方法,模型降阶技术,局部非线性对全局动力学行为的影响,随机干扰下的动态响应,有效数值算法等热点问题进行了详细的综述,并简要展望了这一领域今后的研究方向.