拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

拉杆转子扭转振动研究

以往对拉杆转子的研究多以连续整体转子对待,模型精度不高,为此,将拉杆转子非连续界面上的接触效应考虑在内,运用键合图法建立了拉杆转子扭转振动的动力学模型,并对接触面当量扭转刚度的影响因素作了相关分析。结合一实验拉杆转子对其扭转振动进行了理论计算与实测对比,分析了不同预紧力作用下拉杆转子与连续整体转子扭转振动的固有频率,并将预紧力为4000N时拉杆转子与连续转子的模态振型进行了对比。结果表明,该拉杆转子扭振模型不仅具有更高的精度,而且它通过接触面的扭转变形从本质上体现了拉杆转子与连续转子的区别,为今后对拉杆转子的进一步研究奠定了基础。     

等截面梁纯弯曲振动时产生混沌的参数条件研究

建立了等截面梁纯弯曲振动时的非线性动力学方程;根据非线性动力学理论,对等截面梁系统的奇点分布和稳定性进行了研究;利用混沌动力学理论,得到了等截面梁纯弯曲振动时产生混沌的参数条件;依据该条件,对匀质等截面简支梁纯弯曲振动时产生混沌的参数条件进行了研究和分析,得出了产生混沌的参数分界线.     

转子/密封系统失稳振动抑制的动力吸振方法研究

针对密封中流体引起转子/密封系统振动失稳的问题。提出采用动力吸振器(DVA)实现转子/密封系统失稳振动抑制。建立转子/密封-DVA系统非线性微分方程,采用数值方法求解并获得附加DVA前后转子/密封系统的非线性特性;根据Hurwitz判据获得系统的临界稳定条件;通过遗传算法优化DVA参数,获得附加优化DVA前后转子/密封系统稳定性。结果表明:附加DVA能够改变转子/密封系统失稳振动频率和失稳阈值;在一定的转速范围内失稳振动被完全抑制;在不完全抑制的转速范围内,附加DVA能降低失稳振动的振幅。     

盘式拉杆转子的振动特性研究

建立了盘式拉杆转子的耦合动力学键合图模型,刻画了盘式拉杆转子各部件之间在相互关联处的力学状态和性质,分析了各部件间的耦合关系的影响。同时运用该模型和简化的连续整体转子模型（将转子看成掏空拉杆后的连续整体转子）对实验盘式拉杆转子进行理论计算,由计算结果和实验结果对比分析表明该模型较连续整体转子模型精度有较大提高,并能较好地反映盘式拉杆转子的力学特性。     

燃气轮机转子-轴承系统的油膜涡动分析

建立了小平衡双盘转子-油膜轴承系统模型来分析某型燃气轮机转子-轴承系统的整体动力学特性,根据实际燃气轮发电机组的运行参数和结构特征,选取合理的参数,采用数值方法分析了在平稳升速过程中系统涡动的扩展过程,表明涡动的发展可分为三个阶段:(1)稳定的惯性同步涡动阶段;(2)油膜涡动的积累阶段,即振动能量由惯性涡动向半速油膜涡动迁移;(3)油膜振荡锁频阶段.分析了不平衡量对系统幅频特性和涡动扩展过程的影响,揭示了油膜振荡的跳跃特性.分析结果在多个实验研究文献中得到证实,表明所建立的模型可以用来分析燃气轮机转子系统的整体动力学特性.     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

被动隔振体产生混沌的参数条件研究

本文建立了被动隔振体的非线性动力学方程;根据非线性动力学理论,对被动隔振体系统的奇点分布和稳定性进行了研究;利用混沌动力学理论,对被动隔振体产生混沌的参数条件进行了研究和分析;得出了不同隔振材料所对应的被动隔振体产生混沌的参数条件和产生混沌的分界线。     

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。     

四边固支功能梯度矩形板的主共振分析

针对四边固支约束的陶瓷-金属材料功能梯度矩形板,在给出非均匀材料的应力应变关系及非线性几何方程基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了相应的达芬型非线性振动方程。应用多尺度法对非线性系统的主共振问题进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了共振下解的稳定性判别条件。作为算例,给出了不同参数下功能梯度矩形板共振的幅频曲线图和动相平面相轨迹图,讨论了不同参数对系统非线性振动特性的影响