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。     

非对称转子系统的碰摩运动研究

研究了受非稳态油膜力作用的非对称转子系统的碰摩特性。利用数值积分和Poincare映射方法对系统的碰摩运动进行数值模拟研究，得到了系统随转速变化发生碰摩的分岔特性．并与不考虑碰摩力时的分岔特性进行了比较．发现碰摩区的出现与临界转速和油膜力特性有关，揭示了碰摩对非稳态油膜力作用下的非对称转子系统特性的影响。同时可以看到。碰摩转子系统存在阵发性、拟周期和倍周期分岔三条通向混沌的道路。     

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。     

挤压油膜阻尼器-碰摩转子系统的非线性特性研究

本文研究了挤压油膜阻尼器(SFD)支承的单盘转子系统的碰摩特性。研究发现系统响应不再具有典型的“碰摩分叉”，系统在高转速区以拟周期的方式进入混沌而在低转速区则有多种进入混沌的通道。系统一周内的碰摩次数与系统的分叉状态无关。系统有三条通向混沌的道路：1．倍周期分叉通向混沌；2．阵发性通向混沌；3．拟周期通向混沌。     

双跨转子-轴承系统裂纹-碰摩故障的非线性响应研究

分析了带有裂纹-碰摩故障的具有三轴承支承的双跨弹性转子系统的复杂非线性运动。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,构造了双跨裂纹-碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型,并对系统裂纹、碰摩及其耦合故障对系统非线性动力学响应的影响进行了数值仿真研究。单一裂纹故障时系统响应在超临界转速区有短暂的混沌运动;单一碰摩故障时系统响应在亚临界转速区有拟周期运动出现;裂纹-碰摩耦合故障时在超临界转速区有较大范围的周期4运动区间,小裂纹对系统非线性特性的影响不明显。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一定的理论依据和参考。     

转子-弹性机壳系统碰摩的分段光滑模型分析

分别采用两种不同的截面建立Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射,对转子－弹性机壳系统的碰摩运动进行了研究,得到了该类分段光滑系统运动的一般特点和转子碰摩撞刚度变化发生分岔的规律。研究表明,该系统的碰摩运动主要以混沌形式出现,但不同的周期窗口按一定规律嵌入混沌区内。随着定子碰撞刚度增加,碰摩运动将会加剧。然后由该系统导出了刚性转子碰摩的约束微分系统,从而将碰摩转子系统的两种不同描述形式统一起来,并分析了周期刚性碰摩     

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。     

碰摩和油膜耦合故障转子系统周期运动分岔分析

根据碰摩和油膜耦合故障转子系统的非线性动力学方程,利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓打靶算法,研究了该类转子系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律,并与只含油膜故障的转子系统的分岔失稳规律进行了比较.结果发现:碰摩的出现和加剧,使得在较小偏心量下系统的失稳方式由倍周期分岔变为拟周期分岔形式.碰摩推迟了油膜涡动的产生,使得系统的失稳转速较高.碰摩间隙较大时,系统周期运动失稳转速值基本不变.     

非线性弹性转子-轴承系统碰摩的动态响应

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,对系统在运行过程中的非线性行为进行了数值仿真分析,发现在亚临界转速区,系统响应主要以周期运动为主,在半倍临界转速附近有短暂的混沌运动.在临界转速区,系统响应为周期运动,振幅相应增大.在超临界转速区,系统响应以混沌、周期分频和拟周期为主要运动形式.该结果为转子-轴承系统的故障诊断提供了一定的参考.     

涡摆耦合悬臂双盘碰摩转子的稳定性分析

建立了涡摆耦合悬臂双盘碰摩转子的动力学模型和运动微分方程,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,研究了有无陀螺效应两种情况下系统的稳定性,讨论了间隙和悬臂轴长度对系统稳定性的影响.结果表明:在所讨论的参数范围内,不考虑陀螺效应时,碰摩转子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.考虑陀螺效应后,混沌区域沿转速增加方向明显后延,转子系统在所讨论的转速区间内没有出现鞍结分岔、倍周期分岔现象,转子系统的稳定区域减小.同时,随悬臂轴长度的减小,系统的稳定性明显增大,当悬臂轴长度与跨轴长度比小于1/4时,系统始终处于稳定状态,陀螺效应可以不考虑;随转静件间隙的减小,考虑陀螺效应的碰摩转子系统的非线性特性明显增强,进入混沌区域所需的转速增大.     

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。     

Jeffcott转子碰摩故障试验研究

针对工种实际中遇到的机组转子摩故障开展了试验研究,通过大量的试验,观测到了工作转子速低于一阶临界转速时,转子定子局部碰摩引起的倍频振动,高于一阶临界转速时,局部碰摩引起的分频振 及某些转速内出现的异频伪共振现象,试验民其于碰摩力模型和仿真结果定性一致,试验还表明,异频伪共振是高速工作的转子发生碰摩时的主要振动成分,这一结论对诊断和抑制高速转子的异常超标振动有积极意义。     

质量偏心旋转机械转子-机匣系统碰摩的失效研究

针对仅考虑质量偏心的Jeffcott转子-机匣系统碰摩的动力学方程，进行了旋转机械转子-机匣系统碰摩可靠性分析，研究了转轴刚度和阻尼，定子刚度和阻尼，偏心距和定子径向刚度对可靠度的影响，并给出了数值分析解。     

气隙偏心对汽轮发电机定转子振动特性的影响

分析了气隙偏心故障时汽轮发电机定转子径向振动特征。首先通过分析发电机气隙偏心时气隙磁场变化,计算得到气隙磁导和气隙磁密表达式,然后得到作用于转子的不平衡电磁力特性和作用于定子的脉振电磁力特性,最终得到定转子径向振动特征。对于转子,静偏心将激发转子2倍机械转频的振动;动偏心将激发转子与转子机械转频同频的振动。对于定子,静偏心将激发定子2倍机械转频的振动;动偏心或动静复合偏心将激发定子1倍、2倍、3倍、4倍机械转频的振动。并实测了SDF-9型故障模拟发电机静偏心时振动信号,与理论分析结果基本吻合。     

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。     

基于定子振动特征的转子绕组短路故障识别

分析了汽轮发电机转子绕组匝间短路故障和转子不平衡故障时定、转子径向振动特征。当转子绕组匝间短路故障发生时,转子基频振动增加,定子二倍频振动减小;当转子不平衡故障发生时,转子基频振动增加,定子二倍频振动增加,不同于转子绕组匝间短路故障时的定子振动特征。在此基础上提出了基于定子振动信号的转子绕组匝间短路故障识别方法,与传统的单纯利用转子振动信号的诊断模型相比,可有效识别转子绕组匝间短路故障和转子不平衡故障。最后实测了SDF-9型故障模拟发电机定、转子径向振动信号,与理论分析结果基本吻合。     

不平衡质量的大小和分布对柔性转子—轴承系统稳定性的影响

本文详细考察了滑动轴承支承的转子不平衡质量的大小及分布对系统稳定性的影响.大量计算结果除支持了有关文献中关于刚性转子不平衡质量的大小对系统稳定性影响的结论外,更重要的还发现:对柔性转子而言,不平衡质量的分布也是一个重要的影响因素,其程度可能要超过不平衡质量的大小的因素.计算结果表明:当转子不平衡量所引起的强迫振动的挠曲线与转子的一阶振型相吻合或接近时,对转子的稳定性是不利的.而当转子强迫振动的挠曲线与转子的二阶或三阶振型相吻合或接近时,增加不平衡量会提高系统的稳定性.     

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。     

航空发动机高速柔性转子动力特性计算

用SAMCEF／ROTOR分析软件建立了某新型涡轴发动机动力涡轮转子的有限元计算模型，并对转子的动力特性——临界转速、振型和不平衡响应进行了系统的计算分析，试验验证了计算模型的正确性。本文的研究为同类转子的动力特性计算提供了参考。     

转子系统动静件碰摩故障信号处理方法的研究

由于在转子系统动静件碰故障测试信号中背景信号、噪场信号较强,使得在利用小波变换进行故障诊断时,难以得到准确的结果。本文提出了一种信号处理方法,即首先利用测试信号的时间重构吸引子的轨迹矩阵,并且对该矩阵进行奇异值分解以剔除背景信号、提取残余信号,然后再对残余信号进行小波变换。利用该方法分另对仿真信号、实测信号进行了处理和分析,结果表明本方法是非常有效的,可对转子系统动静件碰摩故障进行准确地诊断。