转子-轴承-密封系统的非线性动力学研究

将非线性油膜力模型Muszynska密封力模型相结合，综合研究转子一轴承一密封耦合系统在不平衡量激励下的非线性动力学特征。针对转速对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算，并利用系统轨迹图、Poincare映射和分叉图分析了耦合系统的非线性动力学特征。数值仿真表明，随着转速的变化，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、拟周期等丰富的振动现象，具有很强的非线性特征。     

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.     

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。     

转子-轴承-密封系统非线性动力学特性研究

采用数值方法研究转速对转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的影响,采用Muszynska非线性密封力模型和Capone圆轴承油膜力模型,建立超超临界汽轮发电机组高压端转子-轴承-密封系统的非线性动力模型。通过数值方法,研究转速对转子-轴承-密封动力学特性的影响,计算不同转速下的转子时间历程图、轴心轨迹图、Poincare图和频谱图,揭示了转速变化对转子非线性振动的影响规律。     

预估校正Galerkin方法及其在大型转子-轴承系统中的应用

根据非线性Galerkin方法和后处理Galerkin方法的思路,提出了用于大型非线性动力系统降阶的预估校正Galerkin方法。在模态坐标下,将大型非线性动力学系统分成‘主子系统’,‘从属子系统’和‘可忽略子系统’。略去‘可忽略子系统’的影响,发展一种新颖的预估校正算法综合处理‘主子系统’和‘从属子系统’,以达到降维和节省计算时间的目的。以某200MW汽轮机组低压转子的有限元模型作为分析对象,通过比较系统的动力学特性验证新方法的精度和效果。结果表明:新方法可在不影响精度的前提下,大幅缩减计算时间。     

不平衡转子——滑动轴承系统稳定性的非线性研究

基于周期计算的打靶法和Ｆｌｏｇｕｅｔ稳定性理论，本给出了转子－轴承系统不平衡激励周期解及其稳定性分析的数值方法，用此方法研究刚性转子－圆柱轴承系统中不平衡量对稳定性的影响，结果表明，转子不平衡对稳定性有较大的影响，特别是较大的不平衡具有显的增稳作用，讨论了能抑制轴承油膜失稳的最小不平衡量的算法，中轴承瞬态滑膜力直接用差分求解Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程得到，虽然计算量较大，但计算结果较接近实际。     

Jeffcot转子-滑动轴承系统不平衡响应的非线性仿真

本文用动力仿真法考察了 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子椭圆轴承系统的不平衡响应。计入了轴承油膜力的非线性。仿真计算前,先以非定常雷诺方程和雷诺破膜条件为依据,生成了轴瓦非定常油膜力数据库。用龙格库塔法对运动方程作步进积分,同时反复对轴瓦力数据库进行插值以获得轴承力的瞬时值。考察了支撑于一对椭圆轴承上的 Ｊｅｆｆｃｏｔ 转子的不平衡响应。所得的动力学行为以及转子和轴颈的涡动轨迹,均与线性动力学（以轴承的线性化动特性系数为依据）所得的结果相比较。两者虽在很小的不平衡量下吻合良好,但凡当不平衡量不是很小时就有显著差别。可见有必要计入油膜力的非线性,特别是当需要计算大不平衡量下的不平衡响应时。     

非线性电磁力作用下的转子不平衡响应和界限碰摩转速

对于电磁轴承支撑的转子系统,其动力学性能在很大程度上受到各种非线性因素的制约,如力与位移间的强非线性关系,有限的控制电流等。这些因素的近似线性化虽然简化了分析过程,但所得结果可能 与工程实际偏离较大。本文讨论了由于电磁力和功放输出电流的非线性特性给转子系统不平衡响应造成的影响,即转子的碰摩,并定义了系统的界限碰摩转速,给出了数值仿真结果,在此基础上讨论了提高系统碰摩转速的途径。     

《转子-轴承-密封系统非线性动力学理论和试验研究》

采用理论分析和试验研究相结合的方法,研究油膜力和密封力联合作用下转子轴承密封系统的非线性动力学特性和稳定性。将转子轴承密封试验台系统等效为Jeffcott系统,采用短轴承理论建立油膜力的非线性模型,采用Muszynska模型建立非线性的密封力。通过数值仿真研究在不同转子转速下密封力对系统非线性特性和稳定性的影响。将试验结果与理论计算进行比较,两者基本一致。     

三轴承支撑不平衡转子非线性动力学研究

针对具有三个滑动轴承支撑的双跨弹性转子的非线性特点,建立了数学模型,用数值积分和庞加莱映射方法对采用短同承模型的该类转子系统动力学特性随某一参数变化时稳定性的改变进行了分析,计算结果表明,系统具有发生倍周期分叉、概周期的可能,用数值方法得到系统在某些域中的分叉图,直观显示了系统在某些参数域中的运行状态和轴承几何参数变化对系统动力特性的影响,数值分析结果为该类转子－－轴承系统的设计和运动状态控制提供了理论参考。     

强非线性振动系统的通用化求解程序及应用

基于研究强非线性振动系统的待定固有频率法,应用Mathematica符号运算语言,编写适用于计算多自由度系统稳态渐近解的通用化程序。在将传统理论向高维复杂系统进行推广的同时,进一步实现应用过程中涉及常微分耦合系统简化、高阶规范形计算等具体运算环节的系统化与程序化,极大地提高了理论推导的效率。基于提出的程序化方法,研究一类碳纳米管强非线性振动系统,计算其规范形和稳态渐近解,并据此讨论阻尼系数和激振力对于振动幅值的影响。最后将定量分析结果与数值结果进行对比,验证了程序化方法的有效性。     

基于系统输出频率响应函数的非线性系统研究

根据非线性系统输出频率响应函数(output frequency response functions,OFRF)理论,研究了系统输出频谱与参数之间的关系,提出一种研究非线性系统特性的新方法.该方法可以通过一个多项式清晰地表达出非线性系统输出频谱与非线性项参数之间关系,为非线性系统设计、研究及故障诊断打下一个重要的基础...     

非线性转子-轴承系统的动力学降维分析与试验研究

应用有限元法建立转子-轴承试验系统的非线性动力学模型,采用固定界面模态综合降维法将原高维系统转换为低维少自由度系统,采用Newmark-β法对降维后模型进行求解,在和全自由度模型对比满意的前提下,得出转子系统的三维谱图、分岔图、三维振幅图、轴心轨迹图以及Poincare截面图,并和试验结果进行对比,结果表明本文所建立的动力学模型,较为真实地反映了试验系统的非线性特性,为计算复杂转子-轴承系统的深层次动态设计提供理论依据。     

Stochastic response of nonlinear system in probability domain

A stochastic averaging procedure for obtaining the probability density function (PDF) of the response for a strongly nonlinear single-degree-of-freedom system, subjected to both multiplicative and additive random excitations is presented. The procedure uses random Van Der Pol transformation, Ito’s equation of limiting diffusion process and stochastic averaging technique as outlined by Zhu and others. However, the equations are rederived in generalized form and arranged in such a way that the procedure lends itself to a numerical computational scheme using FFT. The main objective of the modification is to consider highly irregular nonlinear functions which cannot be integrated in closed form and also to solve problems where analytical expressions for probability density function cannot be obtained. The procedure is applied to obtain the PDF of the response of Duffing oscillator subjected to additive and multiplicative random excitations represented by rational power spectral density functions (PSDFs). The results are verified by digital simulation. It is shown that the procedure provides results which compare very well with those obtained from simulation analysis not only for wide-band excitations but also for very narrow-band excitations, which are weak (when normalized with respect to mass of the system.) This paper is dedicated to Prof R N Iyengar of the Indian Institute of Science on the occasion of his formal retirement.     

一类半主动控制非线性系统的动力学分析

对一类采用半主动控制的非线性系统进行了解析研究。利用平均法得到了该系统在主共振情况下的一阶近似解,并通过奇异性理论在系统的激励幅值和频率调谐量构成的参数空间中对分岔模式进行了分类,表明系统的响应为双翼尖点分岔的普适开折。研究结果证明,该方法不但可以分析半主动控制系统的动力响应,还可以得到该系统的各种分岔行为,从而可用于这一类半主动控制非线性系统的动态分析和控制。     

三次非线性多层堆码包装系统关键部件三维组合冲击谱研究¶

研究多层堆码包装系统关键部件在半正弦脉冲激励下的冲击特性。建立考虑关键部件的多层堆码包装系统动力学模型,得到系统动力学方程并求解。依据结果提出评价系统关键部件三维组合冲击谱新概念,并讨论了脉冲幅值、质量比、频率比、关键部件阻尼、材料阻尼及堆码层数对三维组合冲击谱的影响。结果表明,各因素影响显著。     

A new approach on vibration analysis of locally nonlinear stiffness and damping system

The nonlinear force induced by spring and damping of 2-degree-of-freedom locally nonlinear vibrating system is regarded as applied force, and its mathematical model is established in this paper. Then impulse response temporal method of linear vibrating system is applied in the system, the response of locally nonlinear vibrating system is obtained by convolution integration between unit impulse response of corresponding linear system and equivalent nonlinear force, and numerical simulation of the model is attained. Finally, the feasibility of the new method on the domain of locally nonlinear vibrating system is verified by comparing the results, which supplies a new method to solve approximately vibration response of locally nonlinear vibrating systems.     

含非线性边界梁结构频响特征的实验研究

利用实验方法研究含非线性边界的梁结构频响特征。实验对象由一根矩形截面的主梁和二片与之垂直的片梁构成-T字型结构,通过在片梁两端垫放不同厚度的钢尺,使主梁的一端形成不同的几何非线性约束边界,片梁不同程度的预变形改变了主梁静平衡点的位置。实验结果发现,预变形和外激励幅值对系统的非线性频响特征影响显著,随着预变形和外激励幅值的变化,主梁的频响特征呈现出软特性、硬特性和线性特性之间复杂的演变过程。进一步的理论分析表明,预变形的存在使得系统的动力学控制方程同时含有平方和立方非线性,数值计算的结果与上述实验现象相吻合。实验研究和数值计算的结果,宏观上揭示了几何非线性约束边界中的预变形对梁结构频响特征的影响规律。     

基于二次特征值法的矩形薄板的动力稳定性研究

对于面内对边周期荷载作用下携带集中质量的矩形薄板,当周期荷载的激振频率在板的两倍自振频率附近时,板发生面外参数共振失稳。该文基于薄板大挠度理论,运用伽辽金法推导出携带集中质量的矩形薄板非线性动力失稳的Mathieu-Hill方程,进而求解得到板发生面外参数共振失稳时周期荷载的临界激振频率域以及非线性动力失稳曲线。运用有限元软件进行瞬态分析得到不同激振幅值作用下板发生面外参数共振失稳时周期荷载的最小与最大临界激振频率值,通过与解析解进行对比,验证了计算结果的正确性。研究结果表明：随着集中质量的增加,参数共振失稳的临界激振频率及其不稳定域的宽度逐渐减小,不稳定域的位置逐渐向低激振频率的方向移动;随着集中质量的增加,面外参数共振失稳域的临界激励幅值逐渐增加;随着集中质量所处位置的模态位移增加,不稳定域的宽度减小。