非线性转子系统碰摩的分岔与混沌研究

以线性项和立方项之和来表示转轴材料的物理非线性因素,建立了具有非线性刚度轴支撑的转子系统局部碰摩的动力学模型,利用数值积分和Poincaré映射方法,对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,给出了系统响应随转子转动频率比和偏心量变化的分岔图和最大Lyapunov指数图,以及一些典型的Poincaré截面图、相平面图、轴心轨迹和幅值谱图等,从中发现此类非线性振动系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,研究结果为此类系统的安全运行和有效识别转子故障提供了理论参考。     

非线性转子系统碰摩故障的突变性能分析

采用突变理论对非线性转子系统碰摩故障的突变性能进行了定量研究,用平均法推导了非线性转子系统碰摩故障的频率响应方程,建立了碰摩故障的尖点突变流形和分叉集,确定了激励频率、偏心距、轴刚度非线性系数等导致系统突变的重要影响因子,分析了影响因子变化与突变发展的规律,提出了避免突变发生的预防措施,并通过数值计算方法验证了以上分析结论.     

非线性弹性碰摩转子周期运动稳定性分析

在同时考虑轴承油膜力、转轴非线性弹性力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了具有碰摩故障转子-轴承系统的动力学模型。利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法和Floquet理论,研究了系统周期运动的稳定性,分析了非线性摩擦力对系统动力学特性的影响。     

碰摩故障转子-滚动轴承耦合系统非线性动力学研究

针对滚动轴承支承下的转子碰摩故障机理分析和故障诊断问题,考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙,建立了含碰摩故障的转子-滚动轴承系统动力学模型。应用数值积分方法得到系统的非线性响应,利用时间波形图、分叉图、频谱图以及Poincaré映射图,研究了系统响应随转速、轴承间隙、碰摩刚度、偏心量以及碰摩间隙的变化规律,为有效诊断滚动轴承支承下的转子碰摩故障提供了理论依据。     

碰摩转子-滑动轴承系统的分岔与混沌

以采用短轴承模型的4自由度碰摩转子滑动轴承系统为力学模型,以转子角速度比、无量纲转子质量不平衡量、静子与转子刚度比和静子与转子间的动滑动摩擦因数为参变量,运用数值方法结合Floquet理论,研究系统稳态同步运动的分岔特性．在一定的参数域内得到系统的倍周期分岔和Hopf分岔的分岔参数曲面,证实分岔后混沌运动的存在。研究结果表明：大的静子转子刚度比或大的静子与转子间的动滑动摩擦因数均易于导致系统结构失稳,表现为它们均存在各自的临界值,超过这个临界值后,系统的稳定同步运动参数区域急剧缩小,在原先的稳定同步运动参数区域内将产生包括混沌运动在内的复杂运动。     

碰摩转子系统的非线性振动特性研究

以航空发动机转子与静子的碰摩故障为研究对象，以刚度为分段线性的Jeffcott转子为模型，建立了系统的运动微分方程，以转子转速和不平衡量作为控制参数分析了系统非线性动力学中的分叉和混沌特性。     

转子-机匣系统的碰摩振动响应

当转子与静子发生碰摩时,考虑了机匣的振动,把转子与机匣作为一个整体,建立了数学模型和系统的运动微分方程,研究了在某些特殊情况下方程解的形式,通过对系统振动响应的频谱图、波形图、Poincare图以及轴心轨迹的研究,结果表明,当机匣的固有频率大于转子转速时,在振动响应中会出现机匣的固有频率成分.     

永磁电机转子碰摩系统周期运动的稳定性与分岔

建立了永磁电机转子—定子碰摩系统的分段线形刚度和阻尼的动力学模型,当转子、定子碰摩时存在丰富的非线性动力学行为。基于Poincare映射研究了其周期运动的稳定性以及经倍周期分岔、Hopf分岔向混沌的转迁过程;分析了系统参数对碰摩系统运动行为的影响,为适应电机高速化的发展,提高其在高速下的安全稳定可靠运行奠定理论基础。     

碰摩微转子系统稳定性与分岔行为分析

微型旋转机械是MEMS中的重要动力源之一,微转子作为系统的主要驱动部件,其动力学特性直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。本文以Jeffcott微转子系统为研究对象,建立微转子系统的碰摩力模型和系动微分方程,应用微分方程稳定性和分岔理论,分析微转子碰摩解的稳定性与分岔特性及系统参数对稳定域的影响。结果表明:微转子转动角频率、偏心量、静子径向刚度、阻尼系数及摩擦系数等系统参数是影响MEMS微转子系统稳定性的主要因素。     

双跨碰摩转子-轴承系统非线性动态响应与混沌

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型。对系统单盘和双盘碰摩的非线性动力学响应进行了数值仿真研究,发现该类系统在单盘碰摩时进入混沌的道路是倍周期分岔,离开混沌的道路为倍周期倒分岔,混沌运动区域为一体;双盘同时碰摩时,混沌运动区域中出现了2个明显的独立混沌岛。偏心量的增大,会使得系统响应更加不稳定。研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供了理论参考。     

考虑稳定性的非线性刚度转子系统振幅突变分叉集分析

利用平均法导出非线性刚度转子系统的主共振频率响应方程,借助突变理论求出利用频率协调因子和激振力幅值表示的分叉集及其尖点表达式。根据奇点稳定性理论导出了转子系统稳定性条件,并得到利用频率协调因子和振幅构建的临界不稳定区域及其分叉点表达式。利用数值算例讨论了非线性刚度系数对分叉集突变区域、临界不稳定区域以及振幅特性曲线的影响。研究表明：减小转子系统的非线性刚度系数是控制转子系统振幅突变最为理想的方法。     

利用转子故障耦合动力学系统模型识别油膜涡动下的碰摩故障

转子碰摩故障通常为不平衡、不对中以及油膜涡动等故障引发的二次故障,其信号通常具有周期、拟周期和混沌这3种复杂的非线性特征。本文针对油膜涡动下的转子碰摩故障诊断问题,建立了含不平衡、油膜涡动以及碰摩故障耦合动力学模型,利用数值仿真研究了转子系统在油膜涡动下的碰摩故障频谱特征,提取了反映耦合故障的特征信息。为了准确的对碰摩故障进行诊断,通过不断改变系统参数获取了包括各种状态下的耦合故障样本。最后构造了结构自适应神经网络,利用一半样本对神经网络进行训练,再用另一半样本对训练好的神经网络进行测试,识别率达到了94%以上。计算结果充分表明了本文方法对于识别油膜涡动和碰摩耦合故障的有效性。     

转子—轴承系统的稳定性,分岔与混沌行为研究

利用修正的短轴承理论模型对转子－轴承系统进行了稳定性、分岔与混沌特性分析。结果表明：系统平衡失稳时产生迟滞超临界Ｈｏｐｆ分岔,由于迟滞的存在,使得迟滞区内系统拓扑结构的等价性在大扰动下可能被被破坏,因此,线性理论无法解释该区段内的动态行为。存在不平衡量时,系统失稳可能产生拟周期分岔、倍周期分岔并可能导致混沌振动。这些结果为控制转子的稳定运行状态提供了依据,为油膜失稳故障的诊断提供了有益的启发。     

非线性油膜力作用下联轴器耦合转子系统的稳定性和分岔

在非线性油膜力作用下 ,建立了转子 -联轴器系统的运动微分方程。非线性油膜力则采用有限差分法求解 ,对联轴器耦合的刚性转子系统和柔性转子系统分别进行了计算和分析。结果表明对于平衡转子系统在平衡点失稳后 ,在一个较大的转速范围内存在着稳定的涡动轨迹 ,联轴器两侧转子的质量相差越大 ,则发生 Hopf分岔所对应的转速越高。对于不平衡转子系统 ,在同步涡动轨道失稳后 ,系统将产生准周期和倍周期等一系列的分岔现象 ,并且质量偏心的位置对系统的动力学行为有影响。     

转子叶轮—定子触碰故障的分析与辨识

基于航空涡轮发动机和工业透平机中的转子叶轮－定子间触故障背景,以力学建模力指导搭建了两类简支型的转子－定子触碰故障实验台架,考察了转子－定子间正常无触碰、早期尖锐型轻微触碰、中期兰尖锐型触碰,晚期平钝型触碰4种状态态时转子振动位移的时域轨迹,观测到了早期尖锐型轻微触磁时伴生的混沌现象;采用FFT方法对上述4种状态试验数据的频率结构作了分析,结果表明当出现三分频以下（包括三分频）的分频特征时可以初步判断叶片发生了早期触碰,而当转子振动位移的频谱图中仅存有两个分频分量甚至抽频分量时,叶片－转子间的触碰故障已非一日之寒。     

含松动与碰摩的转子-轴承系统非线性行为分析

以含松动与碰摩的转子-轴承系统为研究对象,采用一种新的短轴承非稳态油膜力公式和非稳态油膜转子-轴承系统碰摩的刚性约束非光滑模型建立系统的动力学方程,利用4阶Rounge-Kutta法求解非线性动力学方程,运用Mat-lab对系统进行数值模拟,通过分析相图、分岔图、Poincare截面图以及幅值谱图,得出系统丰富的非线性特性。结果表明含松动与碰摩的转子-轴承系统在工作转速较低时,轴承支座作微幅振动,随着转速增加,振动幅度也增加,在高速运转下系统处于混沌运动状态;含松动与碰摩的转子-轴承系统中松动端轴承支座在拟周期和混沌运动状态下的轴心轨迹松散,呈“柱状”结构,而未松动端在相同状态下轴心轨迹图结构紧凑,由此可以判断转子-轴承系统的松动故障。     

大型机械摩擦故障的PCAS诊断方法

本文采用主分量自回归谱(Principal Components and Autoregressive Spectrum),简称PCAS方法,对大型离心压缩机设备中的摩擦故障作出了诊断.通过模糊隶属函数给出了摩擦故障的诊断判据.实践表明PCAS方法是有效的.