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。     

正交面齿轮传动非线性振动特性分析

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面误差、齿面摩擦、齿侧间隙、轴承间隙等因素的弯-扭耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程组进行求解。计算结果表明：在不同转速时系统会出现单周期非谐响应、多周期次谐响应、拟周期响应及混沌响应,并伴随着跳跃现象;随着负载转矩的增大,系统响应呈现混沌-多周期次谐-单周期非谐的变化趋势,轻载时齿轮副易出现单边和双边冲击现象,当载荷增大到一定程度后齿轮副处于无冲击状态;摩擦系数较小时,对系统非线性振动特性影响不大,当其逐渐增大时,系统运动状态由单周期经倍周期分叉进入混沌运动     

阻尼对摩擦力作用下转子系统弯扭耦合振动特性的影响

通过采用Lagrange方程推导出不平衡转子系统弯扭耦合非线性振动的动力学微分方程组,应用数值方法分析了在摩擦力作用下转子系统的弯扭耦合振动特性。最终通过对分叉图、三维谱图、时域曲线图、相图和Poincaré截面的分析,得到了摩擦力作用下转子系统中蕴含的各种复杂非线性动力学行为,并分析转子系统阻尼比对系统动态响应特性的影响。所揭示的振动特性为转子系统的状态识别、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据。     

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明：汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。     

两端弹性支承裂纹管道的非线性动力学特性

研究两端弹性支承输流管道含圆周方向裂纹时的非线性动力学特性。首先,推导出裂纹管道的模态函数与局部柔度系数,然后运用Galerkin离散技术将管道运动方程在模态空间中展开,采用非线性动力学仿真方法得到管道系统响应随各参数变化的分岔图和最大Lyapunov指数图。数值结果表明,这种两端弹性支承的特殊边界裂纹管道在参数激励、自激励和外激励联合作用下,表现出丰富的非线性动力学特性,分别出现周期运动、概周期运动、阵发性混沌和混沌等多种响应形式。     

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。     

裂纹转子弯扭耦合瞬态振动影响因素研究

针对两端刚性支承的Jeffcott转子，推导了裂纹转子的弯扭耦合振动非线性微分方程，通过数值仿真手段，分析了升速过程中弯振和扭振的瞬态特性，并详细探讨了加速度、裂纹减小刚度、裂纹夹角、质量偏心以及阻尼系数等因素对弯扭耦合振动瞬态特性的影响。研究表明，升速过程中，随着加速度增大，弯振和扭振各共振峰值减小，而对应转速增加。各共振峰值均随着△kq的增加而增大，当△kq超过某值后，峰值急剧增加。β在0～2π范围内变化时，各共振峰值呈现不同周期的正余弦变化。质量偏心主要影响临界峰值，对其它各峰值影响很小。各峰值均随阻尼系数的增加而降低，阻尼系数较小时，峰值减小率更大。     

非线性"转子-轴承-密封"系统动力分析

将非线性油膜力模型与密封流体Muszynska密封力模型相结合，建立了具有非线性转子-轴承-密封系统的动力学模型。针对转速等因素对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算，给出了系统响应随转子转速变化、压差变化和密封间隙变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图，以及一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和频谱图。数值仿真表明，非线性密封力抑制了系统出现倍周期分叉，并且该耦合系统呈现出复杂的动力学行为，产生了包括周期、倍周期和拟周期等丰富的振动现象。     

大型椭圆振动筛空心裂纹转轴非线性振动特性分析

裂纹产生对振动筛转轴振动特性有很大影响,对其展开研究至关重要。对振动筛空心裂纹转动力学特性进行研究,考虑振动筛振动形态,建立受非线性涡动影响的空心裂纹转轴弯扭耦合动力学模型,分析裂纹深度、振动筛振幅对转轴系统振动特性的影响,转轴转速引起的系统分叉与混沌特性,结果表明,裂纹存在不仅会导致响应中高倍频的产生,而且裂纹深度越大,各倍频幅值越大,增幅明显;振动筛振幅大小对系统主频分量影响最大;转轴系统随着转速增加,系统会出现比较复杂的非线性振动特性。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

增量传递矩阵法及其在轴系弯扭耦合振动中的应用

将逐步积分法的思想与传统矩阵法相结合，提出了增量传递矩阵方法，使之能求解具有非线性力系统动力响应。基于多段集中质量模型和增量传递矩阵法，并结合Riccati法，建立了汽轮发电机组轴系弯扭耦合振动瞬态响应求解模型。利用该方法，针对某200MW汽轮发电机组三相短路重合闸故障，进行了机组弯扭耦合振动响应特性研究，分析表明：弯振和扭振幅值变化与电网短路及重合闸时刻紧密相关，重合闸所带来的冲击比电网短路时刻更大；故障主要激发出扭振的前三阶固有频率来，弯振除工频主分量外，前几阶固有频率也被激发出来。在短路后至重合闸前的这一时间段内，扭矩主要含有工频及各阶固有频率成分，而在重合闸后的时间段内，扭矩各阶固有频率成分仍存在，但工频成分消失。     

基于自重影响的连续轴扭/弯耦合振动的研究

考虑轴的自重的影响,研究轴的质量中心分布线与旋转中心线不重合时的扭/弯耦合振动情况。研究中,基于轴的基本理论建立了轴的扭/弯耦合振动的方程组,并根据振型叠加法以及模态的正交性进行了耦合方程组的求解。对简支轴仅考虑自重情况下轴的扭/弯耦合振动进行了自由振动和强迫振动的研究,对与理论研究条件相同的实际简支轴进行了耦合振动响应的实测研究。研究结果表明:第一、三、五…阶弯曲振动是跟第二、四、六…阶扭转振动相耦合的,而第二、四、六…阶弯曲振动则是跟第一、三、五…阶扭转振动相耦合。     

高速齿轮转子系统弯扭耦合振动研究

针对实际高速齿轮转子系统,建立了考虑齿轮啮合及扭转作用的弯扭耦合非线性振动模型,推导了不平衡转子弯扭耦合振动的动力学微分方程,通过数值仿真方法得到了工作转速下齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征图形,得出齿轮啮合、扭转作用下的齿轮转子系统弯扭耦合振动的特征,研究了偏心距、齿轮啮合刚度等参数对系统振动响应的影响规律,为齿轮转子耦合系统的结构优化设计、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据.     

Exact Solutions and Mode Transition for Out-of-Plane Vibrations of Nonuniform Beams with Variable Curvature

The two coupled governing differential equations for the out-of-plane vibrations of non-uniform beams with variable curvature are derived via the Hamilton's principle. These equations are expressed in terms of flexural and torsional displacements simultaneously. In this study, the analytical method is proposed. Firstly, two physical parameters are introduced to simplify the analysis. One derives the explicit relations between the flexural and the torsional displacements which can also be used to reduce the difficulty in experimental measurements. Based on the relation, the two governing characteristic differential equations with variable coefficients can be uncoupled into a sixth-order ordinary differential equation in terms of the flexural displacement only. When the material and geometric properties of the beam are in arbitrary polynomial forms, the exact solutions with regard to the outof- plane vibrations of non-uniform beams with variable curvature can be obtained by the recurrence formula. In addition, the mode transition mechanism is revealed and the influence of several parameters on the vibration of the non-uniform beam with variable curvature is explored.     

一种基于流形学习和 KNN算法的柴油机工况识别方法

不同负荷状态下的柴油机振动、温度、转速等信号显著不同,而机组故障信号特征往往淹没在随负荷变化而剧烈变化的信号中,因此变负荷状态下的柴油机故障监测诊断难度较大,一直困扰着柴油机的实际故障诊断工作。本文提出了一种基于流形学习和KNN算法的柴油机工况识别方法,为柴油机变负荷工况下故障监测预警打下基础。方法融合机组的多源信号特征构建特征向量,通过流形学习t-分布邻域嵌入算法（t-SNE）实现特征向量的维数约简和敏感特征提取,采用K最近邻分类算法（KNN）完成柴油机运行负荷状态的自动分类。正常及故障状态下的柴油机信号验证了方法的有效性和实用性。     

开闭裂纹挠性转子动特性研究

采用裂纹深度修正的非线性开闭裂纹模型 ,研究涡动影响下挠性裂纹转子的动力学行为。数值仿真表明 :裂纹深度与非线性响应之间有比较确定的关系。随着裂纹深度增加 ,裂纹转子会在 m/ n倍临界转速附近出现次谐波分叉现象和拟周期运动 ;在亚临界转速范围内 ,系统在 2 / 3倍临界转速处可通过倍周期分叉途径进入混沌状态 ;在超临界转速范围内 ,1、2倍临界转速的不稳定区不断扩大 ,非线性因素抑制作用使系统产生周期跳变、倍分叉和混沌等非线性力学行为 ;阻尼对系统响应有很大影响。     

转子弯扭耦合振动共振特征分析

转子存在偏心距时,弯曲振动和扭转振动之间会相互作用产生弯扭耦合振动。目前对弯扭耦合振动的研究主要集中于其非线性特征,针对共振振幅大小和共振影响因素等共振特征的研究却比较少见。在实际的结构设计工作中,有时要利用耦合共振获取更大的振幅和振动能量。所以有必要从共振特征入手,对转子的弯扭耦合振动开展进一步的研究。首先建立偏心转子的弯扭耦合振动模型,使用小参数法对振动方程求解。其次分析扭转振动、弯扭振动产生耦合共振的条件,详细比较各振型共振振幅的大小和各参数对共振振幅的影响。然后以具体的算例,对各参数对弯扭耦合共振振幅大小的影响进行数值模拟,计算各阶共振振幅的大小,给出具有最大共振振幅时的参数条件,验证理论分析,为弯扭耦合振动的研究工作提供思路和依据。     

裂纹拉杆转子连接界面非线性建模与多参数演变规律研究

针对含拉杆裂纹的转子非线性振动现象,基于Paris裂纹扩展规律,建立了裂纹拉杆刚度模型;以界面接触刚度表征拉杆预紧作用,建立了轮盘接触刚度模型;采用Capone短轴承模型,完成了含拉杆裂纹的转子连接界面非线性动力学建模。通过系统Poincare截面分析发现,在转速与偏心多因素影响下得到的e-n分岔集中,系统在倍周期分岔与拟周期分岔之间交替变化;在裂纹扩展与转速的η-n分岔集中,解的分岔点分布不连续;不同转速下,位移随裂纹扩展的分岔轨迹比较复杂,拉杆裂纹的存在会加速或减缓分岔点的出现。结果表明:拉杆裂纹对转子稳定性作用机理受系统参数集的影响。研究结论对拉杆转子的参数设计与故障识别有一定意义。     

Surface and nonlocal effects on the nonlinear free vibration of non-uniform nanobeams

The surface and nonlocal effects on the nonlinear flexural free vibrations of elastically supported non-uniform cross section nanobeams are studied simultaneously. The formulations are derived based on both Euler–Bernoulli beam theory (EBT) and Timoshenko beam theory (TBT) independently using Hamilton’s principle in conjunction with Eringen’s nonlocal elasticity theory. Green’s strain tensor together with von Kármán assumptions are employed to model the geometrical nonlinearity. The differential quadrature method (DQM) as an efficient and accurate numerical tool in conjunction with a direct iterative method is adopted to obtain the nonlinear vibration frequencies of nanobeams subjected to different boundary conditions. After demonstrating the fast rate of convergence of the method, it is shown that the results are in excellent agreement with the previous studies in the limit cases. The influences of surface free energy, nonlocal parameter, length of non-uniform nanobeams, variation of nanobeam width and elastic medium parameters on the nonlinear free vibrations are investigated.