双盘悬臂转子—轴承—机匣耦合系统碰摩故障分析

针对航空发动机转子系统的质量主要集中于压气机及涡轮部分的工程实际,将航空发动机转子系统简化为双盘悬臂连续体转子系统。建立含碰摩故障的双盘悬臂连续体转子—轴承—机匣耦合动力学模型,导出双盘悬臂连续体转子的四阶偏微分运动方程。运用变步长四阶龙格库塔法模拟系统的碰摩故障响应,分析转速与偏心量对系统碰摩故障响应的影响,发现该模型在发生碰摩故障时的一些非线性动力特性,为解决工程实际问题提供一定的理论依据。通过所建模型与单盘转子模型振动特性的比较,验证建立模型的必要性与工程意义。     

双盘悬臂转子轴承系统松动碰摩耦合故障分析

针对考虑松动-碰摩耦合故障的双盘悬臂立式转子-轴承系统，建立了该系统的力学模型和有限元模型，并基于非线性有限元方法和接触理论研究了松动刚度和碰摩间隙两个重要参数对系统动力学特性的影响。通过对在不同松动刚度和不同碰摩间隙时系统动力学特性的研究分析，发现转静件碰摩能够减小松动引起的低频振动，支座松动产生的碰摩具有明显的方向性，从而得出转子系统中诊断松动-碰摩耦合故障的依据。     

转子--机壳碰摩故障研究

使用基于Henz接触理论的非线性碰摩模型，对工程中的多盘转子系统碰摩故障现象进行了研究。研究成果有助于更好地把握多盘碰摩转子的振动特征，可以为更准确地诊断转子碰摩故障和改善转子系统的动力学特性提供理论依据。     

碰摩故障转子的试验模型设计方法研究

基于转子系统动力学相似模型开展了碰摩故障特征复现研究,以Jeffcott转子系统为例,采用方程分析法,推导了考虑非线性刚度的转子系统碰摩特征相似关系,并完成了模型转子和原型转子的数值仿真,得到了模型转子系统和原型转子系统响应随角速度变化的分岔图。计算得到的两个转子系统分岔图趋势一致,表明系统运动形式一致,分岔时的角速度和响应特征符合相似关系,验证了所提方法的正确性。可根据模型发生分岔时的参数值来预测原型的参数值,且可用模型转子系统代替原型转子系统进行碰摩故障机理分析。     

松动—碰摩耦合故障转子系统动力学特性分析

基于有限元法,建立考虑松动、碰摩及松动—碰摩耦合故障的转子—轴承系统的动力学模型,其中松动故障采用分段线性刚度和阻尼模型,转定子碰摩采用点—点接触模型。通过增广的拉格朗日方法来处理接触约束条件,修订的库仑摩擦模型来模拟转定子之间摩擦。考虑不同转速对松动、碰摩及松动—碰摩转子系统动力学特性的影响,并对比三者之间的异同点。研究表明,碰摩在耦合故障中处于主导地位,而松动主要影响松动端局部振动处于从属地位;松动—碰摩耦合故障响应在低转速和高转速与单一碰摩故障类似,在中间转速存在一些差别,但总体运动趋势基本一致;与单一松动故障相比发现,碰摩能够减小松动引起的低频振动,主要激发高频振动。研究结果可为转子系统耦合碰摩故障诊断提供依据。     

不对称润滑对碰摩转子-轴承系统的动力学影响

在考虑非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩故障的转子-轴承系统的动力学模型。用数值方法研究了在非线性油膜力作用下具有碰摩故障的转子系统的动力学特性,并研究了当改变其中一个支承轴承润滑油的粘度时,转子系统的动力学特性。研究发现,随着一轴承润滑油粘度的降低,转子系统亚临界角速度区的混沌区域和拟周期区域扩大了。该结果为采用不同粘度润滑剂的转子-轴承系统的优化设计、安全运行和故障诊断等提供了一定的理论参考     

非线性油膜力作用下的碰摩转子系统动力学分析

目的:在讨论转子系统碰摩问题时,必须要考虑非线性碰摩力的影响,通过建立合理的模型来进行碰摩转子系统动力学分析十分重要。方法:运用基于Hertz接触理论的非线性碰摩力模型建模并进行数值仿真计算,对不同碰摩刚度下的故障转子系统动力学响应进行了研究。结果:通过分析发现,在碰摩刚度较大时,与线性刚度碰摩模型相比,采用Hertz接触理论碰摩力模型仿真出的结果非线性特性更强,系统碰摩特征更加明显,有利于判断碰摩故障的发生;结论:结合相关实验结果,验证了Hertz碰摩模型的正确性及将其运用在碰摩故障转子系统建模中的可行性。     

基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

时频分析在质量慢变碰摩转子系统中的应用

针对实际生产中某些转子系统工作时质量不断变化情况,建立了碰摩故障质量慢变转子系统模型.对局部碰摩的情况进行了理论分析和实验研究.利用小波时频等高图来诊断质量慢变转子系统碰摩故障,取得了比较好的效果.同时还发现,无论是无故障转子系统还是碰摩故障转子系统,随着慢变质量的波动,系统响应的一倍频会产生波动.     

Jeffcott转子系统碰摩的非线性行为研究

分析了Jeffcott转子系统碰摩时的现象及碰摩力作用的物理机理,建立了转子系统动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化.应用Matlab 7.0软件,采用标准的四阶Runge-Kutta法对转子碰摩动力学特征进行数值仿真.分析了系统在不同转速和偏心距下对碰摩转子系统分岔图的影响.并结合波形图、轴心轨迹图、相图、幅值谱...     

质量慢变转子系统的碰摩故障小波分析

针对实际生产中某些转子系统工作时质量不断变化这一现象，建立了碰摩故障质量慢变转子系统模型。对局部碰摩的情况进行了理论分析和试验研究。利用小波时频等高图来诊断质量慢变转子系统碰摩故障，取得了比较好的效果。研究发现：无论是无故障转子系统还是碰摩故障转子系统，随着慢变质量的波动，系统响应的一倍频会产生波动，质量增大会引起响应的一倍频降低，质量减小会引起响应的一倍频升高。     

Detection of rubbing location in rotor system by super-harmonic responses

A detection strategy for the rubbing locations in a rotor system based on the super-harmonic responses is developed. Firstly, the dynamics of the rotor system with rubbing fault is investigated based on the theory of nonlinear output frequency response function. Then, the relationship between the super-harmonic components of the vibrations of fault rotor system and the receptance matrix of the fault-free rotor system is established. The detection method is then set up for rubbing location along the rotor. With this approach, the rubbing location can be determined by using super-harmonic responses measured at only two nodes under one case of operating speed. Finally, numerical simulations and experimental observations are carried out to verify the efficiency of the proposed detection method for rubbing location in a rotor system.     

广义惯性损伤转子系统的非线性动力学

采用有限单元方法,建立了质量慢变损伤转子系统动力学模型。将质量慢变转子系统推广为惯性损伤转子系统,研究了质量慢变转子系统相位突变导致的动力学响应问题,对比研究了不同碰摩程度下质量慢变转子 轴承系统孪生碰摩损伤非线性动力学响应,结合三维轴心轨迹,指出考虑了质量慢变因素的碰摩损伤转子 轴承系统时频响应特点。所得结果为惯性损伤转子系统动力学研究和故障诊断提供了理论参考。     

松动-碰摩发展过程中的非线性慢变问题

利用非线性动力学及转子动力学,建立了一个松动发展的模型,对松动发展的不同阶段进行振动试验,找出了转子系统发生支承松动和碰摩的特点和规律。     

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.     

非线性转子系统碰摩的分岔与混沌研究

以线性项和立方项之和来表示转轴材料的物理非线性因素,建立了具有非线性刚度轴支撑的转子系统局部碰摩的动力学模型,利用数值积分和Poincaré映射方法,对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,给出了系统响应随转子转动频率比和偏心量变化的分岔图和最大Lyapunov指数图,以及一些典型的Poincaré截面图、相平面图、轴心轨迹和幅值谱图等,从中发现此类非线性振动系统具有周期、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,研究结果为此类系统的安全运行和有效识别转子故障提供了理论参考。     

双转子-支承-机匣耦合系统碰摩振动响应分析及试验验证

以某型航空发动机双转子试验器为研究对象,采用Newmark-β数值积分方法求解系统的动力学响应,在考虑高低压转子中介轴承的耦合和机匣的弹性变形及其运动的基础上,建立了碰摩故障双转子-支承-机匣耦合系统动力学模型,理论分析了转速、转子偏心量和碰摩刚度对转子系统动力学特性的影响并进行了相关试验。研究结果表明：发生碰摩故障时,转子和机匣测点频谱分析图中会出现转子的倍频和组合频率,可将其作为判断系统发生局部碰摩的特征信号;随着转子偏心量和碰摩刚度的增大,碰摩幅值响应愈加明显,碰摩程度亦愈加严重;机匣测点振动量值存在衰减,后续理论建模过程中应考虑传递过程的衰减。本研究结论可为碰摩故障机理的探究和碰摩故障的诊断提供参考。     

气浮轴承支撑下裂纹-碰摩转子系统动力学分析

建立了带有裂纹和碰摩耦合故障的气浮轴承支撑的弹性转子系统的动力学方程。将打靶法思想与四阶龙格库塔法结合,对转子系统由于气膜力、裂纹和局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值模拟,借助分岔图、相图、Poincare映射和频谱图分析了转子系统的运动形态。研究结果表明,随着系统参数的变化,在特定的参数组合下系统存在周期、拟周期和混沌等复杂的非线性动力学现象。     

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。