非线性转子-轴承系统的耦合动力行为及稳定性分析

运用非线性动力学现代理论对一非线性转子-轴承动力系统进行研究.基于Wilson-θ法并将其改进形成一种求解周期响应的局部迭代方法.针对转子系统具有的局部非线性特征,运用该方法使得非线性响应的迭代求解仅在非线性自由度上进行.运用Floquet稳定性分岔理论,结合Poincaré映射研究系统周期响应的稳定性和分岔形式.数值结果展现系统具有周期、拟周期、多解共存、跳跃等丰富复杂的非线性现象.     

转子-轴承系统稳定性的非线性动力学分析

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滞后超临界Ｈｏｐｆ分岔,由于滞后的存在,使得滞后区内系统拓扑结构的等价性在大扰动下可能破坏,因此,线性理论无法解释该区段内的动态行为;不平衡量较小时,系统失稳时产生拟周期分岔、倍周期分岔并可以导致混沌振动;较大不平衡量时,系统始终呈现同频周期运动,这表明较大的不平衡量反而有助于增稳作用。这些结果为控制转子的稳定运行状态提供了依据,为油膜失稳故障的监测与诊断提供了有益的启发。     

转子-轴承系统的非线性动力学特性分析

用数值积分和庞加莱映射方法对采用短轴承模型的刚性Jeffcott转子轴承系统在较宽参数范围内进行稳定性研究。计算结果表明,系统存在倍周期分叉、概周期及混沌运动。用数值方法得到系统在某些参数域中的分叉图、响应曲线、频谱图、相图、轴心轨迹及庞加莱映射图,直观地显示了系统在某些参数域中的运行状态,并用分形几何理论对混沌系统的状态进行了判断。数值分析结果为定性地控制转子轴承系统的运行状态提供了理论依据。     

600 MW汽轮发电机组转子-轴承系统的动力学研究

应用非线性动力学理论,对含摩擦的600 MW汽轮发电机组转子-轴承系统模型进行了综合的分析和研究。通过对积分得到的Poincaré映射图、相图以及轴心轨迹图的分析,发现发电机组转子在不同工作状态下,具有周期、拟周期、混沌运动交替出现的现象;和其它一些系统一样,也具有通向混沌的倍周期道路、拟周期道路和阵发性混沌道路;在不同的混沌区域内,吸引子表现为不同的形状。揭示了转子偏心距对系统复杂运动的影响和其它参数的变化使系统运动进一步复杂化等现象。     

有限长轴承支撑的转子系统非线性动力学分析

基于π油膜假设,运用变分约束原理和分离变量法求得了有限长动压轴承非线性油膜力的近似解析表达式。通过计算比较可知,该方法和有限元法的计算结果非常接近,而且可以节约大量计算时间。在此基础上,以转子的角速度、圆盘处的偏心量及转轴的刚度为控制参数,运用Newmark法分析了轴承-转子系统的非线性动力学行为。数值结果揭示系统具有周期运动、倍周期运动、准周期运动、六周期运动、十周期运动等复杂丰富的非线性动力学特征。     

裂纹-碰摩转子-轴承系统周期运动稳定性

建立了含有裂纹-碰摩耦合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F loquet理论,研究了系统周期运动的稳定性。发现碰摩转子-轴承系统在不同的转速下会发生鞍结分岔、倍周期分岔和Hopf分岔等现象,裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统具有不同于单一故障的独特的动力学特性。研究结果为转子-轴承系统故障诊断和安全运行提供了一定的参考。     

200 MW汽轮发电机组转子-轴承系统非线性稳定性研究

将一种降维计算方法应用到大型转子-轴承系统非线性稳定性分析中,提出将计算得到的转子发生油膜振 荡的转速作为判断系统非线性稳定性的准则。针对200 MW汽轮发电机组多跨转子-轴承系统建立了具有608自 由度的非线性振动方程,基于固定界面模态综合法对其降维,使其自由度数降到30,然后采用Newmark逐步积 分法对降维后的系统振动方程进行数值计算,在保证精度的前提下,显著提高了计算分析的效率。利用该降维计 算方法模拟出了油膜振荡现象的典型特征和发生油膜振荡的转速,并着重计算分析了发电机转子前轴承轴颈的失 稳转速随转子的偏心距、轴承长径比、间隙比和润滑油粘度的变化规律,研究结果为定性分析200 MW汽轮发电 机组机转子-轴承系统的稳定性提供了理论依据。     

200MW机组转子-轴承系统非线性动力学特性分析

利用大型有限元计算软件ADiNA对某国产200MW汽轮发电机组转子-轴承系统的非线性动力学特性进行了初步分析。通过ADINA程序提供的用户接口将滑动轴承的非线性油膜力进行了考虑,计算中只计入了电机转子两端轴承的非线性影响。为了验证方法的有效性,以单盘柔性转子-轴承系统为对象,将计算结果与数值积分方法的结果进行了对比,表明该处理方法有很高的计算精度。最后,将对200MW机组转子-轴承系统的非线性动力学特性分析结果与线性分析结果也进行了比较,证明利用ADINA程序对大型机组转子-轴承系统的菲线性动力学特性进行分析是可行的。     

不同轴承支撑下碰摩转子系统的动力学特性

研究了不同类型轴承支撑下的转子碰摩故障振动特征。首先,采用了计及回转效应、剪切效应及横向扭转的梁单元建立了实验装置转子的有限元分析模型;然后,通过二维计算流体力学方法得到不同类型轴承的动力学参数;最后,在此基础上,结合非线性动力学理论,分析比较了转子在圆柱轴承、可倾瓦轴承等5种轴承支撑下的碰摩非线性动力学行为。研究结果表明：在椭圆轴承、五瓦轴承和四瓦可倾瓦轴承支撑下,系统主要表现为同频周期运动;而对于圆柱轴承和四油叶轴承支撑,系统会出现较复杂的运动。本研究工作是对之前转子碰摩非线性动力学研究的扩展,所得计算结果可为大型高速旋转机械系统动态设计制造和碰摩故障的诊断和控制提供理论参考。     

NONLINEAR DYNAMIC CHARACTERISTICS OF HYDRODYNAMIC JOURNAL BEARING-FLEXIBLE ROTOR SYSTEM

The nonlinear dynamic behaviors of flexible rotor system with hydrodynamic bearing supports are analyzed. The shaft is modeled by using the finite element method that takes the effect of inertia and shear into consideration. According to the nonlinearity of the hydrodynamic journal bearing-flexible rotor system, a modified modal synthesis technique with free-interface is represented to reduce degrees-of-freedom of model of the flexible rotor system. According to physical character of oil film, variational constrain approach is introduced to continuously revise the variational form of Reynolds equation at every step of dynamic integration and iteration. Fluid lubrication problem with Reynolds boundary is solved by the isoparametric finite element method without the increasing of computing efforts. Nonlinear oil film forces and their Jacobians are simultaneously calculated and their compatible accuracy is obtained. The periodic motions are obtained by using the Poincare -Newton-Floquet (PNF) method. A meth     

椭圆轴承-转子系统非线性运动及稳定性分析

运行中的轴承—转子系统,由于油膜出现气穴,存在破裂区域,此时Reynolds方程的变分形式已不能满足。基于变分约束原理,按照油膜的物理特性,在动力积分、迭代过程中实时形成修正的Reynolds方程变分形式的有限元方程及其扰动方程,在不增加计算量的情况下,同时求得了非线性油膜力及其Jacobian矩阵,并且使其具有相互协调一致的精度。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合给出了一种轴承—转子系统Hopf分岔点所对应线性失稳转速及轴承动力学系数的计算方法。将时间尺度引入PNF(Poincare-Newton-Floquetl方法求得了系统Hopf分岔极限环解及其涡动周期,判断了该解的稳定性。基于PNF法及将延续算法和PNF法相结合的轨迹预测追踪算法研究了系统非线性不平衡周期响应,结合Floquet理论分析了非线性轴承—转子系统T周期运动的局部稳定性和分岔行为。运用Lyapunov指数分析了系统响应的混沌现象。数值结果展现了系统响应具有丰富复杂的周期、拟周期、多解共存、跳跃和混沌等非线性现象。     

非线性轴承-转子系统的稳定性和分岔

研究了非解析径向椭圆轴承支承的转子系统的稳定性和分岔。考虑了转动惯量的影响,利用非线性油膜力以增加数值计算的精度。在不需要额外再解Reynolds方程的情况下,采用等参有限元法,求解了具有Reynolds边值条件的流体润滑椭圆型变分约束方程,使得动力积分过程中所需非线性油膜力及其Jacobian矩阵能够同时计算完成并且具有足够且协调一致的精度。在稳定性分析中,运用打靶法和轨迹预测追踪算法研究了系统非线性不平衡响应,结合Floquet理论研究了随着轴承设计参数改变时非线性轴承—转子系统T周期运动的局部稳定性和分岔行为。     

单跨双圆盘不平衡转子-轴承系统的非线性动力学分析

根据30万kW发电机组模型试验台第一跨高中压转子的实际结构,考虑基于短轴承假设的非线性油膜力模型,建立了单跨双圆盘转子动力学模型。用数值方法进行了质量不平衡及油膜失稳条件下的动力学特性分析,得到系统稳态响应和分岔结果。讨论了非线性油膜的刚度特点。这些结果与试验基本一致。对转子-轴承系统的动态设计与故障诊断提供参考。     

非线性径向主动电磁轴承-转子系统的耦合动力学特性及稳定性

研究径向主动电磁轴承支承的不对称转子系统的动力行为及稳定性。转子模型中考虑了陀螺效应，结合分散PID(pmponional integral differential)控制器方程和转子运动方程，形成系统方程。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合，给出一种径向主动电磁轴承—转子系统线性失稳转速即Hopf分岔点所对应转速的计算方法。基于打靶法及将预估—校正机理和打靶法相结合形成的一种轨迹预测追踪的延续算法，研究系统非线性不平衡周期响应及稳定性边界。结合Floquet分岔理论研究随系统控制参数改变径向主动电磁轴承—转子系统周期运动的局部稳定性和分岔行为。     

双跨转子系统支承松动的动态特性及故障特征研究

建立带有支承松动故障的具有三轴承支承双跨弹性转子—轴承系统非线性动力学模型,对其复杂的运动特性进行数值研究,分析松动质量对系统非线性特性的影响和故障特征。研究结果表明,在高转速区,支承松动质量对系统运动特性有显著影响,特别是混沌和周期3分频运动;松动端轴颈的运动轨迹呈现出特有的形状。研究结果为有效识别转子—轴承系统的支承松动故障提供一定参考。     

转子-轴承系统稳定性灵敏度分析的广义能量法

讨论了转子一滑动轴承复合系统中，各轴承及转子的稳定性对其复合系统的稳定性的影响和作用问题。运用大系统稳定性的理论和方法，为各滑动轴承和转子子系统及其集结系统引入了反映其各自稳定性状态的“广义能量”──李雅普诺夫函数。并在此基础上首次导出并定义了各子系统对其集结系统的灵敏度，用以刻划它们对复合的转子一轴承系统运动稳定性的影响大小。给出了实例以验证定义的正确性和方法的实际应用。     

转子-轴承系统对地震波的激励响应分析

提出了一种在时域内分析转子-轴承系统对地震波激励响应的方法,以伽辽金变分法为基础,用有限元法来模化转子-轴承系统,用Newmark逐步积分法求得了响应,通过试验验证了方法的可行性,计算了某一发电机转子对Elcentro波的响应。     

间隙非线性齿轮系统周期解结构及其稳定性研究

基于含有间隙的单自由度齿轮系统非线性动力学模型,运用伪不动点追踪法探讨了系统状态空间中同时存在的多重周期解,研究了阻尼参数和激励频率变化时系统周期解结构的变化,并进一步由预测—校正算法研究了各周期解的稳定性及分岔情况。研究结果表明,伪不动点追踪法可以有效地用于求解非线性动力系统的多重周期解结构,并可为周期运动的稳定性和分岔规律的研究提供良好的迭代初值,而系统的稳定性分岔规律则有助于更加细致地研究通向混沌的途径。