橡胶轴承-转轴系统碰摩响应动力学特性研究

将橡胶轴承支撑的转轴/轴承系统简化为非线性弹性支撑的转轴/轴承系统。基于非线性动力学及分叉理论进行分析、研究,确定周期无碰摩响应边界、碰摩运动边界、稳定性边界。结果表明,同频全周碰摩、跳跃现象及碰摩响应在周期、非周期运动间过渡;通过对阻尼比、偏心率等系统参数对系统动态响应特性影响分析获得参数平面内不同碰摩响应区域边界。因而可较好理解系统参数与不同系统响应特性间关系。     

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。     

反向旋转双转子碰摩振动分析

建立了考虑内外转子碰摩影响的双转子系统动力学模型,推导出系统振动响应的动力学方程。利用分岔图,庞加莱截面图以及频谱图分析了双转子系统随转速变化时的振动响应和力学特性,以及系统发生碰摩时的各种非线性现象,并讨论了粘性阻尼系数、碰摩刚度系数和支撑弹簧刚度等系统参数对系统运动的影响。结果表明：随着转速的变化,系统会发生碰摩运动,导致拟周期和倍周期等复杂动力学行为出现;随着粘性阻尼系数的减小,系统行为变得复杂;碰摩刚度系数增加时,系统在碰摩时易发散失稳;在一定范围内,支撑弹簧刚度越大,系统的运动状态越稳定。     

高速转子轴承系统碰摩故障仿真研究

应用非线性动力学理论对高速碰摩转子系统模型进行了研究,得出滑动轴承支撑下的碰摩转子系统的振动特征.研究了偏心距参数对系统振动特性的影响.对建立的碰摩故障的转子系统的动力学模型应用数值积分方法进行求解,得到系统的响应,利用幅频曲线、分岔图、三维谱图研究系统响应随转速、偏心量的变化规律.为准确诊断滑动轴承支撑下的转子碰摩故障、减小系统故障发生率和提高系统动力学特性具有重要意义.     

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。     

考虑参数非概率不确定性的碰摩转子非线性振动响应分析

转、静子碰摩故障严重影响燃气轮机运行安全性和可靠性,而非线性碰摩响应的不确定性是对其进行评估、预防或控制的重要制约因素。为此,考虑转静子间隙、转子不平衡量及接触刚度等参数的不确定性影响,建立含定点碰摩故障的燃气轮机双盘单轴转子不确定性动力学模型,研究碰摩振动响应特性及其参数影响规律。针对非光滑、不确定性转子碰摩动力学方程,利用谐波平衡法-时频域转换(HB-AFT)技术获取转子系统周期解,运用非嵌入式Chebyshev区间方法估计非线性振动响应的上、下界,从而快速量化各区间变量对响应不确定性的影响,并通过与传统Monte Carlo模拟对比验证了方法有效性和计算优势。数值结果表明,参数区间不确定性对碰摩转子全局幅频响应影响显著,可导致转/静子碰摩发生条件和严重程度的差异。研究结果可为燃气轮机转子碰摩故障提供参考依据。     

Jeffcott转子碰摩的弯扭耦合振动特性分析

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，采用库仑摩擦模型描述了碰摩力和力矩，建立了碰摩转子的非线性弯扭耦合振动微分方程。从扭振对碰摩特性的影响和扭振碰摩特征响应两个角度，进行了碰摩特性的数值分析。通过以转速比变化为参数的分岔图发现：弯振分岔图大致可分为四个复杂运动区，有无考虑扭振的分岔图都具有周期运动、拟周期运动和复杂的混沌运动形式，但它们进入和离开这些复杂运动区的路径和在复杂区内的运动形式却有所不同；而扭振分岔图与考虑弯扭耦合的弯振分岔图存在对应关系，它也可分为四个复杂运动区，也具有周期运动、拟周期运动和复杂的混沌运动等形式。文中揭示的振动特征为转子系统的状态识别与诊断提供了一条新思路。     

刚度与阻尼突变转子系统的动力学研究

根据转子动力学理论,建立了具有突变刚度和突变阻尼特性的Jeffcott转子力学模型及动力学方程.通过解析方法得到了刚度和阻尼突变后的转子系统振动解析表达式,并分析了突变前后稳态振幅之间的关系及突变对轴心最大位移的影响,定义了刚度和阻尼突变后的暂态过程时间而且确定了碰摩参数区域.结论表明,刚度和阻尼突变会导致转子系统振动幅度增大,柔性转子系统在刚度和阻尼突减的情况下发生碰摩故障的可能性较大,暂态过程时间随着突变刚度比和突变阻尼比的增大而减小,碰摩参数区域随着刚度和阻尼突减幅度及质量偏心距的增大而增加等.     

质量慢变转子系统的松动与碰摩故障研究

建立了带有支承松动和碰摩耦合故障的质量慢变转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法对其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子转动频率变化的分岔图和最大Lyapunov指数曲线图，并分析了时间慢变系数对转子系统动力学行为的影响。结果表明：转子横向和纵向响应分别决定于转、定子碰摩和支承松动，且此两种方向的振动特性不完全同步．另外碰摩的频率范围主要局限在转子固有频率前、后50％以内，而时间慢变系数也对转子系统的混沌运动有较大影响等。     

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。     

非线性转子的反向全周碰摩响应

本文对一个具有非线性刚度的单盘转子的反向全周碰摩进行研究。通过数值计算和已有实验结果的比较说明在反向全周碰摩研究中考虑转轴的非线性刚度是有必要的;采用平均法求得了系统反向全周碰摩的解析解,判断了解的稳定性,研究表明非线性转子系统既存在摩擦力方向改变引起的反向全周碰摩,同时转轴的非线性刚度和干摩擦共同作用也可以导致转子的反向全周碰摩,且这种反向全周碰摩运动是稳定的周期运动;讨论了系统参数对反向全周碰摩振幅、频率及其存在性的影响。本文的研究结论为转子系统的设计提供了一定的理论支持。     

柔性转子-柔性静子系统的同步全周碰摩分析

在静子和转子均为柔性的情况下，对带有不平衡量的Jeffcott转子，碰摩处的局部变形采用当量线性弹簧模型，利用摄动方法，对柔性转子柔性静子系统的扰动运动进行同步全周碰摩运动的分析；获得同步全周碰摩解的参数存在区；求出该区域内同步全周碰摩解的解析表达式；讨论了同步全周碰摩解的稳定性；寻找了稳定范围数值解。     

碰摩转子刚度增加现象的相位特征

研究了碰摩转子刚度增加现象的相位特征。转子与定子的全局碰摩在通过并远离临界转速后仍然可以持续。理论证明了,发生稳态全局碰摩时,该现象具有确定的相位特征,即激励与响应的相位差随着转速的增加逐渐接近 。当激励与响应的相位差略微大于 后,相位突然转迁到接近 。此时,全局碰摩结束,振幅跳跃到非碰摩运动状态。结合解析和数值结果,解释了这一现象以及其物理机制,并对全局碰摩失稳后,系统运动状态的相位特征进行了初步探讨。     

发电机碳刷多点全周摩擦引起的不稳定振动分析

以发电机碳刷与转轴之间发生的摩擦振动为对象,研究这类特殊周向多点全周摩擦振动机理。根据碳刷工作原理,建立多点全周摩擦力计算模型,采用热弹性力学方法建立摩擦截面温度场和转子热弯曲计算模型,将热弯曲模型与转子振动有限元模型耦合求解振动响应。以某发电机为例进行分析,仿真分析和试验研究了碳刷轴全周摩擦振动特征。研究表明,发电机碳刷与转轴之间的多点全周摩擦会引发振动周期性波动和爬升,不稳定现象与不平衡力、碳刷-转轴不同心度和碳刷摩擦因数有关,可以通过精细动平衡、适当增大碳刷-转轴不同心度和减小碳刷摩擦因数来消除。     

质量偏心旋转机械整圈碰摩的稳定性及其Hopf分叉

针对仅考虑质量偏心的Ｊｅｆｃｏｔ转子碰摩的动力学方程,研究了整圈碰摩的稳定性,讨论了转、静件间摩擦系数对稳定性的影响;研究、发现了转子整圈碰摩存在Ｈｏｐｆ分叉现象,且是超临界分叉。通过对分叉解析解的研究,得出了分叉解的振幅及稳定性判据,并且将分叉解与动力学方程的数值解作了比较。     

光滑环形气体密封动态特性研究

光滑环形气体密封动态特性对透平机械转子系统稳定性有直接影响.建立三维数值分析模型,应用基于微元理论的密封动力特性系数识别方法计算光滑环形气体密封在2种出口状态(非阻塞/阻塞)、5种偏心率(ε=10％,30％,50％,70％,80％)以及3种长径比(L/D=0.5,1.0,1.5)工况下密封动态流动特性.结果 表明:在不...     

离心式压缩机密封动态特性分析及稳定性评价

稳定性问题是离心压缩机在向高端化方向发展过程中遇到的主要瓶颈,密封间隙内流体周向流动导致的压力在圆周方向不均匀分布是导致失稳的主要原因。采用数值模拟的方法预测密封的动力特性系数,有助于加强对密封机理的理解,实现密封结构的优化进而提高转子的稳定性和设计的可靠性。本文使用数值模拟的方法,首先基于ANSYS APDL语言,开发了参数化程序来构建迷宫密封、孔式阻尼密封及蜂窝密封的几何模型,采用ANSYS CFX软件,计算并比较三种密封的刚度及阻尼等动力学特性参数,研究结果表明孔式阻尼密封及蜂窝密封相对于迷宫密封可以提供更大的刚度和阻尼、且具有较好的密封特性。在此基础上,以孔式阻尼密封为对象,研究比较了不同孔间距,不同孔径的孔式阻尼密封,找到影响阻尼密封动力学参数的基本规律。最后以一台九级合成气压缩机转子为例,比较不同密封对转子稳定性的影响。CFD计算的结果预测了密封的动力特性以及密封结构参数对转子动力学特性的影响,可以指导密封的设计和压缩机改造,综合考虑性能和制造成本,实现优化设计。     

多自由度转子系统的干摩擦失稳

本文从较一般角度讨论了多自由度转子系统干摩擦失稳中的完全碰摩这类非线性失稳现象,导出并求解了运动方程,讨论了运动稳定性.所得结果推广并修正了有关文献的一些结论.     

转子与定子几何不对中引起的碰摩分析

研究一类与定子几何不对中的转子的碰摩模型。通过碰摩映射的建立，将非光滑运动的研究转化为该映射的动力学研究。从几何角度分析了转子碰摩的机理，并通过数值模拟发现该类转子碰摩具有非线性系统特有的分岔和混沌等现象。