滑动轴承转子系统非线性动力学稳定性研究

采用多尺度法研究了滑动轴承刚性平衡转子系统临界点的稳定性。研究发现，滑动轴承在其线性失稳转速上发生Hopf分岔，系统是发生超临界Hopf分岔还是亚临界Hopf分岔取决于系统参数的设计。给出了通用的公式和程序，为滑动轴承的非线性动力学设计及性能预测提供了有利的工具。     

非线性刚度碰摩转子系统的分岔与混沌演化

建立一类具有非线性刚度的局部碰摩转子系统模型,用数值积分和Poincaré映射方法研究该系统随不平衡量和刚度比参数变化的分岔与混沌演化过程.通过分岔图、Poincaré映射图揭示该系统存在Neimark-sacker分岔、倍周期分岔、锁相、阵发性切分岔等非线性动力学行为,研究结果揭示碰摩转子系统中一些复杂的非线性现象,为转子系统的故障诊断、振动控制、安全运行及早期预测提供理论参考.     

磁力轴承转子系统非线性支承特性的研究

通过对磁力轴承非线性支承力特性的分析,可以看出控制器参数与支承特性之间有非常强的非线性耦合关系。虽然其支承的刚度和阻尼都能够通过改变控制器参数进行调整,但控制器参数的选择受非线性因素的影响较大。当比例增益越大,则在转子平衡点处的线性刚度就越大,能提供的最大支承力也越大,但支承实现正刚度的转子位移区间越小,系统稳定的转子位移区间就越小。通过对主动磁力轴承转子系统非线性支承特性的研究,揭示了控制器结构参数、机械结构参数与支承特性之间的耦合关系。     

周向均布拉杆柔性组合转子轴承系统的非线性动力特性

针对周向均布拉杆柔性转子轴承系统,应用哈密顿原理建立周向拉杆的动力学模型,得到了拉杆产生的附加刚度矩阵及由于拉杆预紧不均所产生附加广义力矩的一般形式,结果说明当拉杆数目大于等于3且拉杆均布时,拉杆产生的刚度矩阵保持各向同性;各根拉杆初始预紧不均的作用是产生一个以工作转速旋转的恒定广义附加力矩.结合对整体转轴应用计及轴向力的铁木辛格梁轴单元建立的有限元模型,得出了拉杆组合转子轴承系统的系统动力方程,进而采用自由界面系统缩减方法将系统中的线性自由度部分缩减,同时保留非线性自由度以方便非线性力的施加.运用打靶法结合Floquet稳定性分叉理论得到了系统稳态周期解的稳定性边界和分叉形式.数值结果表明,转子不平衡和拉杆预紧不均对系统周期解稳定性具有很大的影响,拉杆预紧不均将使得系统过一临界转速时周期解的倍周期分叉现象加剧.     

非线性转子碰摩振动周期响应的分岔与振幅突变

以转子角速度和不平衡量为参数,用数值方法研究了具有非线性刚度的Jeffcott转子发生动静件径向碰摩时周期振动的分岔现象,并通过数值模拟获得振幅突变流形和分岔集。所得结论对于认识旋转机械突发性故障的动力学机理具有积极的意义。     

基于恒位移测试的转子系统非线性支承刚度参数辨识研究

采用基于正弦扫频技术的恒位移测试方法来获取转子支承系统在一系列恒定位移幅值响应下的频响函数,并辨识转子支承的非线性刚度参数。首先对转子支承系统进行两端支承状态下的模态分析,得到转子系统在线性支承条件下的模态;然后采用正弦激励进行仿真测试,对转子支承进行不同水平的恒位移测试,通过模态分析得到不同响应水平下的模态参数,建立等效非线性参数与响应之间的关系,再结合等效线性化理论,识别非线性刚度参数。     

考虑切向刚度变化裂纹转子的分叉与混沌

基于不附加任何假设的裂纹模型,考虑切向刚度变化,建立裂纹转子无量纲动力学模型,可适用于瞬态、稳态、非线性等不同运动状态。采用分叉图、Pioncaré映射、轴心轨迹、频谱图、最大Lyapunov指数等,分析裂纹法向刚度变化、切向刚度变化、质量偏心与质量偏心角对裂纹转子分叉与混沌特性的影响,发现:随着裂纹法向刚度变化的增加,裂纹转子在亚临界转速区出现倍周期分叉、拟周期、周期3解等振动形式;考虑裂纹切向刚度变化,裂纹转子在1/2,2/3亚临界转速区出现拟周期、混沌运动,进入混沌的途径与拟周期、周期3解有关;质量偏心的增加或质量偏心角180°时,对裂纹转子的非线性运动具有明显的抑制作用。数值仿真研究可为工程实际中裂纹转子故障诊断提供依据。     

刚度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突变后的转子系统振动解析表达式,分析了刚度突变前后稳态振幅之间的关系及刚度突变对轴心最大位移的影响,定义了刚度突变后的暂态过程时间并确定了碰摩参数区域.结果表明,刚度突变会导致转子系统振动幅度增大,无论工作频率如何,刚度突变所引起的轴心最大位移均位于暂态运动阶段,暂态过程时间与系统阻尼、刚度突变时的轴心位置及系统工作频率有关,碰摩参数区域随着刚度突变幅度及质量偏心距的增大而增大.     

刚度对转子系统随机响应的影响

为了建立系统力学模型与随机运动微分方程,分析系统刚度对随机响应的影响,应用虚拟激励法,通过计算机数值模拟,结合随机响应功率谱密度函数,分析考虑机匣弹性、陀螺力矩并同时考虑机匣与定子间的弹性联接的复杂悬臂双盘转子系统在多参数耦合随机激励 轴承回转随机动力激励、转子不平衡随机激励和地面随机地震激励下的随机响应,讨论系统刚度变化对随机响应的影响。结果表明,水平方向地震时随机响应相对比较强烈,悬臂端圆盘振动最为强烈,机匣刚度、机匣联接刚度和轴承刚度对随机响应影响较大,提高系统刚度对降低随机响应有利。     

血泵转子系统的结构非线性分析

为了研究外力冲击对血泵转子系统结构非线性的影响,在SolidWorks中对血泵转子系统建立了三维立体模型,然后将建立好的模型导入到有限元分析软件ANSYS中,并对其进行结构非线性分析,分析得出了血泵转子系统的应变分析云图、应变随载荷步的变化趋势图和应变随载荷步的变化规律。通过研究表明:血泵转子系统设计合理,当受到外界冲击变形时,不会影响血泵的正常工作;在外部载荷的作用下,最大变形出现在血泵转子系统较粗一端的永磁体上,在对血泵转子系统的优化设计时,应重点考虑此部位;通过对血泵转子系统的结构非线性分析,为血泵转子系统的优化设计提供了数据支持,并为血泵后续的其它非线性分析奠定了基础。     

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—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Jeffcott转子-滚动轴承系统动力学分析

为了研究Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性动力特性,建立了其非线性动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数、强迫联合激励的Jeffcott转子-滚动轴承系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明,Jeffcott转子-滚动轴承系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性特性随着径向游隙的增大而加剧。     

非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统的碰摩故障分析

研究了在非稳态油膜力作用下非线性刚度转子系统发生碰摩时的振动问题。建立了非稳态油膜力作用的非线性刚度转子一轴承系统碰摩模型，应用数值分析的方法对其进行研究。通过Poincare截面图、轴心轨迹图、波形图和频谱图，直观地显示了系统在某些参数域中的运动状态。发现了由于油膜力作用出现油膜涡动和反向涡动现象以及倍周期分岔、概周期和混沌等复杂的动力学行为。数值分析结果为该类转子一轴承系统的设计和运行状态控制提供了理论参考。     

刚度阵奇异的多平行轴转子系统振动的求解

分析了具有斜齿轮传动的多平行轴转子系统,采用集中参数模型,用传递矩阵法建立了系统弯扭耦合振动方程,系统振动方程的刚度阵、阻尼阵为大型稀疏、不对称阵,由于刚度为奇异阵,使方程的求解更加困难。本文用两种方法求解了系统的振动方程。     

弹性支承双跨碰摩故障转子系统非线性特性

建立了弹性支承双跨碰摩及油膜故障20自由度转子系统的非线性动力学模型,并进行了数值分析.与刚性支承情况进行了对比,再用仿真试验进行了验证.结果表明,该系统具有明显的混沌特性,且碰摩间隙对弹性支承的非线性特性影响十分明显.弹性支承的转子系统比刚性支承非线性明显增强,混沌区域增大,实际工程中不容忽视.同时,仿真试验结果与数值分析结果基本一致,表明了数值分析结果的可靠性.     

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。     

考虑PMSM转子偏心作用的EV动力传动系统非线性扭振特性分析

针对在路面激励,系统阻尼以及惯性负载作用下,纯电动汽车（Electric vehicle,EV）动力传动系统呈现复杂的非线性扭转振动特性,造成EV动力传动系统失稳的问题,考虑永磁同步电机（Permanent magnet synchronous motor,PMSM）制造和安装引起的静态偏心和路面激励引起的动态偏心的影响,建立EV动力传动系统非线性扭振模型,求解并分析无扰动Hamilton系统的平衡点,采用控制变量法分别研究路面激励波动,系统阻尼渐变以及惯性负载跃变对EV动力传动系统非线性扭振特性的影响,得到EV动力传动系统失稳的具体途径和机理。研究表明：分别取路面激励f₁、系统阻尼μ₁及惯性负载m₁作为单一变量,当f₁ < 0.23,μ₁ > 0.2或0 < m₁ < 0.3时,EV动力传动系统表现为稳定的一周期运动;当0.23 < f₁ < 0.52,0 < μ₁ < 0.2或0.3 < m₁ < 0.5时,EV动力传动系统由倍周期分岔通往混沌运动;当0.52 < f₁ < 0.62或0.5 < m₁ < 0.6时,EV动力传动系统由混沌运动转变为三周期运动;随着路面激励f₁或惯性负载m₁的进一步增大,即0.62 < f₁ < 0.8或0.6 < m₁ < 0.85时,EV动力传动系统表现为倍周期运动与混沌运动交替的运动状态,而随着系统阻尼μ₁进一步增大,即μ₁ > 0.2时,系统始终表现为稳定的一周期运动。