粗糙集-遗传算法-神经网络集成分类器及其在转子故障诊断中的应用研究

针对转子故障诊断问题,在综合粗糙集理论、遗传算法及神经网络学习算法各自优点的基础上,提出了一种新的粗糙集-遗传算法-神经网络（RS-GA-NN）集成分类器模型。在该模型中,利用粗糙集理论的离散和约简算法实现对样本数据的特征选取;利用神经网络实现样本特征向量与故障之间的非线性映射;利用遗传算法实现对神经网络的结构优化以使神经网络的泛化能力达到最优。利用转子故障实验台模拟了不平衡、不对中、碰摩及油膜涡动4种故障的127个样本,构建了多故障识别的RS-GA-NN集成分类器,进行了转子故障的智能诊断实验,获得了很好的效果。     

碰摩故障多自由度转子—轴承系统周期运动稳定性研究

以有限元理论为基础,建立考虑诸如非线性油膜力、陀螺效应等因素的碰摩故障转子—轴承系统多自由度模型,应用与Newmark法结合的打靶法分析碰摩故障多自由度转子—轴承系统的周期运动稳定性。研究系统随系统偏心距、碰摩间隙、碰摩摩擦因数、碰摩刚度等影响因素的失稳分岔规律。研究发现,小偏心距下系统发生hopf分岔失稳,而大偏心距下系统发生倍周期分岔失稳。减小系统的碰摩间隙、增大系统的摩擦因数或增大系统的碰摩刚度,将影响油膜涡动的形成,使系统失稳转速升高;对于轻度碰摩情况,系统分岔形式和失稳转速可能不发生改变,但对于重度碰摩情况,分岔形式和失稳转速将发生很大的变化。研究为相关转子—轴承系统故障诊断、振动控制及稳定性设计提供理论参考。     

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。     

转子系统碰摩故障特征分析

通过大量的仿真计算，讨论了具有短油膜轴承支承的转子系统在发生碰摩故障时的非线性行为；分析了碰摩转子系统的故障特征、故障发生和发展的过程。从周期分岔特性和频谱特性等方面与碰摩转子做了对比分析，讨论了偏心矩、定子刚度和摩擦系数对碰摩转子型式的影响。     

故障转子挤压油膜阻尼器减振特性实验

针对航空发动机转子常见的两种故障模式碰摩和不对中,实验研究挤压油膜阻尼器分别对上述两种故障引发的振动的抑制效果。在转子实验器上分别模拟碰摩故障和不对中故障,并测试使用挤压油膜阻尼器前后故障转子振动特征的变化。实验结果表明,碰摩故障导致转子振动一阶反进动和一阶进动比增大,不对中故障导致转子振动二倍频增大;对于碰摩故障,挤压油膜阻尼器可以有效减小涡轮盘处振动和弹支辐条的应变,但对压气机盘减振失效;对于不对中故障,挤压油膜阻尼器可以减小转子振动,对于二倍频振动幅值的抑制尤为明显。     

局部碰摩与油膜力耦合作用下对轴承-转子-定子系统分叉与混沌行为的影响

以三个质量六个自由度轴承—转子—定子系统为力学模型,研究非线性碰摩力与油膜力耦合作用下轴承—转子—定子系统的分岔与混沌行为,利用计算机仿真对发动机转子的碰摩故障进行数值模拟,讨论转子系统参数的变化对转子混沌运动状态的影响,发现具有非线性碰摩力及油膜力的局部耦合作用下转子系统的各种多周期运动和混沌运动及其演变过程。     

裂纹和油膜耦合故障转子周期运动分岔分析

利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶算法,研究了裂纹和油膜涡动耦合故障转子周期运动的分岔及失稳方式.研究发现,在偏心量一转速参数域内,耦合故障转子与油膜涡动转子的同频周期运动分岔失稳规律基本相同,在较大和较小的偏心量作用下,转子同频周期运动以倍周期分岔形式失稳,在适中的偏心量下,同频周期运动经Hopf分岔形式失稳.在裂纹深度-转速参数域内,耦合故障转子同频周期运动和倍周期运动的分岔失稳规律基本相同,随着裂纹深度加大,失稳转速降低,稳定性变差,但幅度并不明显.     

SFD作用下故障转子系统动力学特性及混沌控制

考虑挤压油膜阻尼器(squeeze film damper,简称SFD)作用,研究碰摩故障及不对中-碰摩耦合故障下系统动力学特性及SFD对系统混沌运动控制。基于Lagrange方程,建立不对中-碰摩耦合故障下SFD-转子-滚动轴承系统动力学模型,采用龙格库塔法对模型求解,并利用分岔图、Poincaré图、频谱图等进行对比分析。研究结果表明:合理油膜间隙下的SFD能有效抑制系统非协调响应以及振动幅值,使故障转子系统的混沌运动控制在稳定周期轨道上;过小的油膜间隙会形成很强的非线性油膜支反力,产生非协调频率成分,使稳定周期系统重返混沌状态;随着油膜间隙减小,SFD对不对中故障产生的典型2 X,3 X,4 X和5 X频幅值具有不同影响,其中2 X频幅值变化明显,3 X和4 X频幅值变化微弱,5 X频幅值基本不变。     

故障转子SFD减振特性的实验

针对航空发动机转子常见的两种故障模式碰摩和不对中,实验研究挤压油膜阻尼器分别对上述两种故障引发的振动的抑制效果。在转子实验器上分别模拟碰摩故障和不对中故障,并测试使用挤压油膜阻尼器前后故障转子振动特征的变化。实验结果表明,碰摩故障导致转子振动一阶反进动和一阶进动比增大,不对中故障导致转子振动二倍频增大;对于碰摩故障,挤压油膜阻尼器可以有效减小涡轮盘处振动和弹支辐条的应变,但对压气机盘减振失效;对于不对中故障,挤压油膜阻尼器可以减小转子振动,对于二倍频振动幅值的抑制尤为明显。     

松动-碰摩耦合故障转子系统振动特性分析

针对动态油膜力下带有支座松动 碰摩耦合故障的转子 轴承系统的非线性动力学模型,采用数值模拟等方 法,考察其随转速比变化及改变最大松动间隙值时发生松动和碰摩故障的分岔与混沌特性,并分别与相同参数条件 下带有支座松动故障的转子系统和碰摩故障转子系统进行比较,得到如下结论:该耦合故障系统中碰摩与松动故障 主要发生在主共振区、油膜振荡区及转速比大于3.4的转速范围内,发生碰摩故障时系统运动多为混沌运动;随着 松动最大间隙值的减小,碰摩的转速范围越来越大,而发生松动的转速范围越来越小;两种故障的产生相对独立。     

单跨度转子柔性碰摩振动特性研究

本文给出了单跨度转子柔性碰摩数学模型并建立起柔性碰摩实验,利用实验对比了转子在无碰摩和有柔性碰摩下的动力学特性。通过实验分析发现在有无柔性碰摩下存在着许多不同的振动特性。发现了柔性碰摩除了提高转子的临界转速外,还能有效降低转子通过临界转速时的振动幅值;有效地抑制油膜涡动的形成和油膜振荡的发生,同时出现了较为明显的高频振动现象。     

非线性裂纹转子系统碰摩故障参变特性研究

早期裂纹转子系统中,裂纹故障不易检测到,并可能会进一步引发碰摩故障。文中针对这种耦合故障情形,分析系统的动力特性以及裂纹参数、碰摩参数和轴承参数变化对系统特性的影响。结果表明,裂纹转子系统发生碰摩故障时,两种非线性因素相互影响且不是线性叠加,使系统变得更加复杂。同时三个参数对系统特性有明显不同的影响,尤其是裂纹参数和碰摩参数的变化,系统特性发生较大的变化。因此,工程实际裂纹转子系统的故障监测与诊断过程中,应该充分考虑裂纹故障和碰摩故障之间的相互影响,建立合理的分析模型的基础上,注重监测裂纹参数和碰摩参数变化带来的影响。     

基于奇异值分解和支持向量机的转子故障诊断

为了准确识别转子不平衡、不对中、碰摩和油膜涡动等故障,利用小波分析对转子故障信号进行4层分解,将频率由高到低的5个分支信号作为奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）矩阵的行向量,经奇异值分解后得到信号的故障特征值。通过支持向量机（Support Vector Machine,SVM）在选择不同的核函数和结构参数下比较其对转子故障诊断结果的影响。结果表明在选择最优SVM模型和参数的基础上,对SVD获得的故障特征值进行诊断,得出了准确的诊断结果。     

Coupled bending and torsional vibration of a rotor system with nonlinear friction

Unacceptable vibrations induced by the nonlinear friction in a rotor system seriously affect the health and reliability of the rotating machinery. To find out the basic excitation mechanism and characteristics of the vibrations, a coupled bending and torsional nonlinear dynamic model of rotor system with nonlinear friction is presented. The dynamic friction characteristic is described with a Stribeck curve, which generates nonlinear friction related to relative velocity. The motion equations of unbalance rotor system are established by the Lagrangian approach. Through numerical calculation, the coupled vibration characteristics of a rotor system under nonlinear friction are well investigated. The influence of main system parameters on the behaviors of the system is discussed. The bifurcation diagrams, waterfall plots, the times series, orbit trails, phase plane portraits and Poincaré maps are obtained to analyze dynamic characteristics of the rotor system and the results reveal multiform complex nonlinear dynamic responses of rotor system under rubbing. These analysis results of the present paper can effectively provide a theoretical reference for structural design of rotor systems and be used to diagnose selfexcited vibration faults in this kind of rotor systems. The present research could contribute to further understanding on the self-excited vibration and the bending and torsional coupling vibration of the rotor systems with Stribeck friction model.     

故障转子系统的动力学行为分析

以转子动力学和非线性动力学为理论基础,综合考虑转子系统的碰摩、松动、裂纹耦合故障,建立了故障转子系统的动力学模型。采用龙格库塔法,对耦合故障下的转子动力学行为进行数值模拟分析,指出了此故障下的转子系统存在周期、拟周期以及混沌运动现象,为转子系统安全工作提供了理论依据。     

碰摩转子弯扭摆耦合振动非线性动力学特性

为进一步提高旋转轴系的安全性,研究旋转轴系弯扭摆振动耦合振动问题.推导一般意义下,考虑陀螺力矩的单盘转子弯扭摆耦合振动非线性方程,基于该方程推出不平衡转子和碰摩转子的非线性弯扭摆耦合振动方程.应用数值方法研究碰摩转子弯扭摆耦合振动相应的复杂动力学行为,研究转子转速对碰摩转子弯扭摆耦合振动的分岔和混沌行为的影响,以及扭转振动和摆动振动对弯曲振动的影响.分析结果为转子的安全运行和弯扭摆耦合振动故障的判别提供了理论依据.     

故障转子系统的动力学行为分析

以转子动力学和非线性动力学为理论基础,综合考虑转子系统的碰摩、松动、裂纹耦合故障,建立了故障转子系统的动力学模型。采用龙格库塔法,对耦合故障下的转子动力学行为进行数值模拟分析,指出了此故障下的转子系统存在周期、拟周期以及混沌运动现象,为转子系统安全工作提供了理论依据。     

松动发展过程中转子碰摩动力学特性分析

松动是旋转机械的一种常见的故障,随着松动的发展,会出现转子系统碰摩现象.利用非线性动力学以及转子动力学,建立一个旋转机械的松动模型,将松动分不同阶段进行振动试验,分析转子系统在不同松动间隙的情况下,发生碰摩的特点和规律.