转子系统拟周期演变为混沌运动过程分析

目的考虑主质体弹性分析具有局部碰摩的水平悬臂双盘-轴承转子系统的运动性态.方法对建立的转子系统碰摩动力学运动方程,进行计算机数值模拟,以碰摩体径向刚度为分叉参数,结合Poincaré截面图、波形图、相平面图、轴心轨迹图、功率谱图和自相关函数图,分析系统运动状态.结果发现在一定的碰摩体径向刚度数值条件下,系统由拟周期演变为混沌运动,这种演变过程是渐进的过程,演变过程中拟周期和混沌两种运动同时存在,称为拟周期混沌运动状态.这种运动状态并不稳定,随着碰摩体径向刚度的增大,拟周期解成分在不断减弱,而混沌解在不断增强,最终只存在混沌解.随着阻尼的增大,这种由拟周期演变为混沌运动的现象消失,且系统的分叉发生了根本性的改变.结论系统通向混沌的道路是周期3、倍周期分叉和拟周期运动演化为混沌运动.     

质量慢变转子系统的碰摩分析

根据离心机转子质量慢变以及偏心量大的特点，对其在线性碰撞力和线性摩擦力作用下的碰摩动力学特性进行了理论研究，建立了相应的质量慢变碰摩运动微分方程，并应用数值方法分析了转子转速及不平衡量的变化对碰摩转子系统的振动特性的影响，分别从不同侧面描述和揭示了质量慢变转子系统的周期运动、拟周期运动，以及这些运动形式的转化与演变过程．结果表明质量慢变转子系统相当于一个具有时变阻尼和时变刚度的转子系统，该系统的显著特点是在碰摩过程中转子呈现为拟周期运动，并非像相应的恒定质量转子系统那样出现混沌运动．     

一类初弯曲转子的裂纹-碰摩故障响应分析

摘要: 为了研究裂纹-碰摩耦合故障的一类初弯曲转子系统响应特性,在考虑转轴变形、非线性油膜力与碰摩力作用的基础上,结合由中性轴理论确定的裂纹开闭规律,建立该类故障转子的动力学方程,利用Poincaré截面和分岔图的变化分析初始弯曲程度与裂纹深度对系统振动响应特性的影响.结果表明：含初弯曲时系统振动响应在临界转速附近的混沌区域比无初弯曲时大,随着裂纹深度的增加,混沌区域逐渐缩小;初始弯曲的运动特性在浅裂纹情况下起主导作用,当裂纹深度较大时,系统振动响应随着初始弯曲程度的增大交替出现由周期演变为混沌状态的过程,混沌响应特性也可发生较大变化.     

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳。以转子．机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子一机匣系统的碰磨模型和动力学方程。利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh—Hurwitz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和Matlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响。理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多。具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础。     

轴承-转子-定子系统局部碰摩的分岔与混沌行为分析

提出了三个质量六个自由度轴承-转子-定子系统非线性的碰摩力模型，研究了轴承-转子-定子系统发生碰摩时的分岔与混沌行为，并利用计算机仿真对发动机转子的碰摩故障进行了数值模拟，进而讨论了转子系统参数的变化对转子混沌运动状态的影响，发现了具有非线性碰摩力的局部碰摩转子系统的各种多周期运动和混沌运动。     

双盘裂纹转子的非线性动态响应与混沌

研究了含有居中盘和悬臂盘的转子轴上出现裂纹时盘的非线性动态响应。在推导出系统的动力学方程的基础上进行了数值求解。由结果可以看出，盘的摆振在无裂纹的一般为与转速相同的同频振动，一旦裂纹出现，摆振一般为转速的倍频运动。裂纹的深度，转子转速，外阻尼和转子不平衡量对盘的非线性响应有很大影响。增大阻尼和不平衡量会抑制混沌运动。系统运动进入混沌的道路主要有3条：拟周期进入混沌，拟周期经拟周期分叉进入混沌，阵发性进入混沌，阵发性混沌过程中随时间变化存在倍周期分叉现象。     

一种非线性弹性支承转子系统的非线性特性研究

研究了在飞机水平盘旋下非线性弹性支承转子系统的非线性响应,及其分叉和混沌现象.建立了非线性弹性支承下转子系统的模型和运动微分方程,运用Runge-Kutta法对系统进行仿真计算,对在同一非线性情况下转子和支承响应进行分析比较.数值仿真结果表明:由于非线性因素产生在支承处,非线性出现在一倍和二倍临界转速处,并在临界转速附近会出现较复杂的混沌运动;当转速较高时,多出现倍周期、拟周期、周期运动,同时非线性弹性支承转子系统仍具有自动定心功能.     

采用电磁轴承控制柔性转子临界转速分布的建模和仿真分析

提出了采用电磁轴承支承柔性转子,通过支承特性的调节,改变柔性转子的各阶临界转速的分布位置,使柔性转子顺利实现超临界运行.将电磁轴承支承特性建模融入到经典转子动力学的柔性转子有限元建模理论中去,构建了电磁轴承支承的柔性转子系统模型进行仿真.仿真结果表明:通过调节电磁轴承的等效刚度,可以明显改变柔性转子平动和锥动两个刚体临界转速,而对一阶弯曲和二阶弯曲两个弯曲临界转速影响不大.调节等效阻尼可明显减小转子过临界时的振动.     

橡胶O型圈阻尼器在高速旋转台上的应用研究

为验证橡胶Ｏ型圈阻尼器（EORD）的减振有效性，在高速旋转试验台上研究EORD支承高速柔性悬臂转子系统的不平衡响应.试验转子从0逐渐加速到24 000 r/min，然后切断电源自然降速.记录转子升降速过程中的转速和振动信号.建立基于Timoshenko连续梁理论的转子有限单元分析模型，求解模态转速、模态振型和不平衡响应，用Kelvin Voigt黏弹性线性模型表示橡胶Ｏ型圈的动态特性，试验和理论计算结果比较表明，不平衡响应试验值和理论值一致，转子越过一阶临界转速并升速到2倍临界转速以上稳定运行.EORD能有效抑制高速转子的不平衡响应，提高转子系统的稳定性.作为一种低成本洁净的阻尼元件，EORD具有优良的阻尼减振性能.     

变刚度轴承-碰摩转子机动飞行动力学响应

为研究机动飞行状态下高速滚动轴承-转子耦合系统非线性动力学特性,利用有限元方法建立爬升-俯冲机动飞行状态下含滚动轴承时变刚度的轴承-碰摩转子系统数学模型,并利用Newmark-β积分法对系统动力学方程进行求解. 模型中考虑了滚动轴承时变刚度与转子非线性动力学特性之间的相互影响,分析了转子偏心及滚动轴承径向间隙的影响. 求解模型得到了系统在不同状态下的时域图、频域图及分岔图等,并以此为依据对高速滚动轴承刚度的时变特性、轴承刚度与转子动力学状态的相互影响、轴承-转子系统非线性特性、机动飞行状态对系统的影响及含碰摩故障的转子系统在机动飞行状态下的动力学响应进行了分析. 研究结果表明:轴承刚度的时变特性与转子系统的动力学特性密切相关,是限制转子系统最高转速的因素之一;机动载荷会使转子系统产生复杂的非线性动力学特性,但当系统转速较低时,机动载荷的引入能一定程度上提高系统稳定性;随着碰摩刚度的增大,系统稳定运动区间减小.     

电磁轴承阻尼上限的动态特性分析

为了研究电磁轴承系统的高频稳定性问题,需要研究电磁轴承阻尼的动态特性.以单自由度系统中力和刚度、阻尼的基本力学方程为基础,忽略电气系统的影响,推导了在一定的振动幅值下,电磁轴承最大阻尼随转子振动频率增加而变化的关系,结果表明,电磁轴承能够提供的阻尼随着转子转速或振动频率的增加而迅速减小.这在研究高速转子稳定性问题时应给予足够的重视.     

转子系统磁控挤压油膜阻尼器

为了使传统挤压油膜阻尼器的动力特性可控，基于电涡流效应提出了一种新型磁控挤压油膜阻尼器.在一个悬臂柔性转子系统上详细地测量了在不同磁场强度条件下新型磁控挤压油膜阻尼器支撑的转子系统在非旋转状态下的频响函数、在恒定转速下的运动轨道以及在慢加速运行过程中的不平衡响应曲线，并研究了磁控挤压油膜阻尼器对转子系统的振动进行主动控制的可能性.结果表明，通过调整阻尼器间隙中的磁场强度就能够对阻尼器的动力特性进行控制.在设计合理的条件下磁控挤压油膜阻尼器能够显著地抑制转子系统的振动.随着磁场强度的增大，转子系统在各阶共振转速区的振动减小，共振转速向低转速方向移动.在磁场强度工作范围内，磁场强度越大，阻尼器的减振效果越好.     

航空发动机转子振动主动控制系统的综合设计

针对航空发动机转子振动控制的主要目的，将控制力分成三个分量，分别用于调整临界转速、抵消不平衡量、提供主动阻尼，并对各分量独立设计其最优控制律，然后对线性转子系统实施综合控制．仿真结果表明，控制力如此分工是合理可行的，综合控制的抑振效果十分显著。     

支承磁悬浮轴承的径向磁流变阻尼器设计

转子振动时其频响函数是其刚度和阻尼的函数,调节合适的刚度和阻尼,可以抑制转子振动.针对磁悬浮轴承对转子振动抑制能力差的缺点,设计了一种径向磁流变阻尼器.用这种阻尼器支承的磁悬浮轴承转子系统,通过控制磁流变阻尼器线圈中的电流来改变整个转子系统的支承刚度和阻尼,抑制转子高速时的振动.采用ANSYS对整个支承系统的电磁场进行仿真,验证及改进所设计的磁流变阻尼器.     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

强震记录下钢结构建筑非线性阻尼比研究

为了研究钢结构建筑阻尼特性,采用希尔伯特-黄变换和随机减量技术,从强震记录中识别钢结构建筑基于振动幅度的非线性阻尼比。结果表明,钢结构建筑的阻尼比具有明显的基于振幅的非线性特性。在初始阶段,阻尼比随振幅的增大而上升,当振幅越过"临界振幅"后,阻尼比随振幅增长呈现下降趋势。基于希尔波特-黄变换和随机减量技术,可以从强震记录中对基于振幅的非线性阻尼比等模态参数进行识别。     

主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的动力学

采用有限元法建立了由滚动轴承组成的具有固定间隙的备用轴承-电磁轴承-柔性转子系统在电磁轴承失效前后的动力学方程，分析了转子的初始坠落位置、转速、转子不平衡量以及备用轴承的支撑阻尼和刚度对转子在坠落过程中的瞬态动力特性的影响。结果表明，即便转子系统在工作时的振动很小，初始脱离位置对转子在坠落过程中的动力特性具有明显的影响；柔性备用轴承的采用，特别是具有较大阻尼的备用轴承，不仅可以减小电磁轴承失效后转子在坠落过程中的振动及碰撞力，而且能够抑制在长时间内具有较大振动和碰撞力的在全间隙范围内的反向回转运动；随着转子不平衡量、备用轴承的支撑刚度及转子转速的增大，在坠落过程中备用轴承所受到的碰撞力和转子在全间隙范围内出现回转运动的可能性增大。     

被动式电磁阻尼器在线消除油膜振荡研究

采用非线性稳态短轴承模型,以多自由度转子系统为研究对象,运用模态降阶和变步长的Newmark积分方法,对油膜振荡的各种影响因素、轴颈的涡动轨迹、频谱进行了计算分析.计算结果表明,增加外阻尼可以消除复杂的轴心轨迹以及降低半频涡动的峰值.在理论分析的基础上提出了通过增加电磁阻尼在线消除油膜振荡的方法.在一个带有六圆盘的实验台上进行了实验研究,给被动式电磁阻尼器施加电流,油膜振荡消除,关掉电源,油膜振荡又出现.阻尼器安装在轴的外伸端,无需改变机器结构,且不影响机器的正常运行.     

基于ANSYS的大电机转子振动特性分析

作为大电机系统中的关键部件,转子的振动特性直接关系到电机工作性能的优劣。为获得转子的振动特性,从转子动力学基本理论出发,应用有限元分析软件ANSYS研究了转子系统的固有频率和振型,对转子结构进行了模态分析,计算出了转子前20阶模态的固有频率,并得到了转子的临界转速,找出了影响转子动力学特性的主要因素,为设计转子的理想工作转速和提高转子的振动特性提供依据。