质量慢变转子系统的松动与碰摩故障研究

建立了带有支承松动和碰摩耦合故障的质量慢变转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法对其非线性动力学行为进行了数值仿真研究，给出了系统响应随转子转动频率变化的分岔图和最大Lyapunov指数曲线图，并分析了时间慢变系数对转子系统动力学行为的影响。结果表明：转子横向和纵向响应分别决定于转、定子碰摩和支承松动，且此两种方向的振动特性不完全同步．另外碰摩的频率范围主要局限在转子固有频率前、后50％以内，而时间慢变系数也对转子系统的混沌运动有较大影响等。     

故障旋转机械非线性动力学近期研究综述

重点介绍"故障旋转机械非线性动力学的理论与实验"的若干研究结果.说明了研究故障旋转机械动力学的意义,讨论了有单一故障(裂纹、碰摩、松动和油膜震荡等)或耦合故障(裂纹和碰摩、裂纹和松动、碰摩和松动等)的转子系统非线性动力学的某些特性、转子系统故障发生与发展的慢变与突变过程及其特点、故障转子系统的可靠性分析若干理论问题,以及抑制转子系统振动的若干措施与方法等.     

内外激励下双转子系统非线性动力学特性研究

针对含中介轴承的双转子系统,在考虑转子不平衡和中介轴承非线性因素的基础上,推导并建立了双转子系统的非线性动力学模型,研究了内外激励下双转子系统的非线性动力学特性。首先,针对建立的双转子-中介轴承系统非线性动力学模型,研究了双转子系统的幅频响应,获得了高低压转子的主共振特性;其次,考虑双转子系统非线性参数的影响,分析了内外激励下双转子系统的非线性动力学响应,通过分岔图、轴心轨迹图、庞加莱截面图、时域波形图和频谱图等,获得了不平衡影响下高低压转子在激励频率变化下的运动状态和频率特征;最后,分析了不平衡量对双转子系统非线性响应特性的影响,研究了不平衡量变化下高低压转子动力学特性的演变规律。研究结果可为双转子系统动力学特性设计和高低压转子故障诊断提供参考。     

双跨质量慢变转子系统动态特性数值仿真分析

基于有限元方法,建立了含质量慢变的双跨转子系统动力学模型。运用Newmark-β数值积分方法,通过轴心轨迹图、Poincaré截面图、时域波形图、频谱图和三维瀑布图等,对双跨质量慢变转子系统在不同转速、不同慢变参数和不同慢变位置情况下的振动特性进行分析。结果表明,当系统存在质量慢变时,在工频的ε倍处会出现慢变小分频F_r,且在工频两侧以及F_r的右侧出现以ε·F_n为频率间隔的等距分频;质量变化幅值系数主要影响转子系统的幅值,当λ逐渐增大时,系统的各个频率成分的幅值均有增加,系统变得越来越不稳定;慢变时间系数主要影响转子系统的周期性,当ε发生变化时,系统的周期运动倍数和周期长短明显变化;双跨双盘转子系统的两个盘均存在质量慢变时,系统的周期运动和分频成分由两盘叠加而成,且高转速区附近的现象变得更加明显。研究结果为今后质量慢变转子系统动力学与故障识别研究提供一定的理论参考。     

交角不对中转子-轴承系统非线性动力学行为研究

考虑转子交角不对中和质量不平衡等因素,研究了在滑动轴承支承下柔性转子-轴承耦合系统的非线性动力学行为。首先,基于转子间交角不对中的约束关系,利用第二类Lagrange方程推导了具有交角不对中故障的柔性多转子系统运动微分方程。采用数值方法,分析系统的非线性振动特性,例如,系统的轴心轨迹、响应频谱和最大Lyapunov指数等。结果表明:在较低转速时,系统主要呈现出与转速同步的周期运动特性。随着转速的提高,稳态响应在某些参数下出现分叉、跳跃以及混沌等非线性现象。最后讨论了交角不对中量以及质量不平衡对系统动力学特性的影响。     

非线性转子动力学研究综述

综述了国内外非线性转子动力学的研究现状,讨论了非线性转子动力学研究中的7个主要问题,并引述了大量相应的国内外文献,包括：非线性转子动力学研究的一般方法;求解非线性转子动力学问题的数值积分方法;大型转子－轴承系统高维非线性动力学问题的降维求解;基于微分流形的动力系统理论方法;转子非线性动力学行为的机理研究和实验研究;高速转子－轴承系统的非线性动力学设计,最后讨论了非线性转子动力学研究中存在的问题及展望。     

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究

建立了滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学模型,模型中考虑了转子偏置量及圆盘摆振,滚动轴承模型中考虑了轴承游隙、非线性赫兹接触力及变刚度VC(Varying Compliance)振动等因素。采用数值方法对不同偏置量下,有无考虑圆盘摆振时系统动力学响应进行了计算与比较;分析了轴承游隙变化对不同偏置量的转子动力学性能的影响。结果表明:考虑圆盘摆振时偏置转子的非线性动力响应特征明显增强;相同转速下,不同偏置量的转子系统中频率成分亦不相同;转子偏置程度越大,系统临界转速对轴承游隙变化的敏感度越高。     

考虑发动机基础激励的涡轮增压器转子动力学研究

考虑发动机的基础激励和非线性油膜力,建立了涡轮增压器转子-轴承系统的动力学模型,研究了涡轮增压器转子在偏心质量作用下的非线性动力学行为.用数值计算方法对系统的动态响应进行了仿真计算,研究了转子随转速变化的分叉规律以及基础激励对转子非线性动力学行为的影响.结果表明,基础激励会通过非线性油膜力显著地影响转子的动力学行为,且基础激励会降低转子开始发生油膜涡动的转速,但基础激励对转子动力学的影响主要体现在转子转速较低的阶段.     

气囊-浮筏耦合船用转子-轴承系统的非线性动力学研究EI北大核心CSCD

讨论了气囊-浮筏耦合的船用转子-轴承系统的动力学建模以及其非线性动力学特性。首先,基于短轴承理论,建立了气囊-浮筏的转子-轴承系统的动力学模型。采用数值分析的方法,分析了系统的非线性动力学行为,如稳态响应、轴心轨迹、Poincaré映射、分岔图以及最大Lyapunov指数等。研究结果表明,在较低转速下,系统会呈现单周期运动,随着转速的不断增大,系统出现单周期、倍周期、拟周期和混沌等复杂的非线性动力学行为,这些动力学特性可以为气囊-浮筏耦合船用转子-轴承系统的振动控制及其参数优化提供理论依据。     

EPE缓冲系统跌落冲击响应分析的变分迭代法

目的以EPE缓冲包装系统为研究对象,探讨非线性系统跌落冲击响应分析的近似解析方法。方法基于EPE系统跌落冲击试验,建立系统动力学模型,应用变分迭代法求解动力学方程,获得系统响应的一阶近似解,预测系统跌落冲击时间、最大位移及加速度等参数。结果与实测结果比较,系统跌落冲击时间、位移及加速度峰值等相对误差小于5%。结论非线性系统跌落冲击响应分析的变分迭代法具有普遍意义。     

转子—密封系统非线性动力学特性分析

在超临界汽轮机和超超临界汽轮机中,气流激振力对系统影响显著。因此,本文研究了气流激振力对转子－密封系统动力学特性的影响,采用Muszynska密封模型建立转子－密封系统非线性动力学方程,利用Floquet理论研究系统周期解稳定性,根据系统的周期响应、频谱图、Poincaré映射图、分岔图,分析了系统在特定转速及特定转子系统参数下的非线性动力学特性。     

基础振动作用下转子‑轴承‑密封系统动力学分析

针对受不平衡质量、轴承油膜、密封流体及基础振动多激励共同作用的转子系统,采用Lagrange 法建立其动力学模型,以Runge?Kutta 法求解系统非线性状态方程,绘制频谱图、分岔图和轴心轨迹来分析系统的动力学特性,并引入振动烈度评估转子的振动水平。对比分析了基础振动对转子系统的非线性动力学特性及失稳转速的影响,并研究了基础振动的形式、频率及幅值对系统动力学特性的影响。结果表明,基础振动使得系统稳定性降低,其对转子系统动力学响应的影响具有明确的方向性。     

转子动力学研究的回顾与展望

回顾了转子动力学的发展历史，总结了在旋转机械转子系统的动力分析与计算方法，转子系统的不平衡强迫响应与平衡技术，支承转子的轴承动力学特性，转子系统的稳定性分析，转子系统的状态监测和故障诊断；转子系统的非线性振动，分叉与混沌和转子系统振动与稳定性的主动控制技术等方面的研究成果，建议了新的交叉学科研究方向，讨论了我国转子动力学研究的现状和存在的问题，展望了我国转子动力学的发展前景。     

盘式分布拉杆转子系统扭转振动非线性动力学特性分析

随着燃气轮机技术的发展,盘式分布拉杆转子系统在燃气轮机等动力机械中得到广泛应用。主要研究盘式分布拉杆转子扭转振动的非线性动力学特性,通过考虑叶盘接触效应和拉杆等效简化,建立一个新的系统扭转振动方程。利用多尺度方法求解动力学方程解析解,并获得拉杆转子系统扭转振动幅频方程和解析曲线,根据奇异性理论获得系统转迁集,并利用动力学系统的扰动方程零解稳定性研究原系统的周期解的稳定特性,并发现系统动力学参数对其影响规律,并根据新模型建立实际结构参数与非线性动力学参数的联系,给出系统稳定性边界条件。分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义。     

高速柔性转子-非定心SFD系统响应特征分析与试验验证EI北大核心CSCD

航空发动机转子系统通常在支承处设置挤压油膜阻尼器(squeeze film damper,SFD)来实现系统减振设计,与定心SFD相比,非定心SFD结构简单紧凑,减振效果良好,但是具有更强的非线性特征,动力特性更为复杂。以某航空发动机动力涡轮转子为研究对象,建立了多支点高速柔性转子-非定心SFD系统非线性动力学模型,考虑了非定心SFD静偏心的影响,采用数值方法求解转子系统响应,结合系统不平衡响应特征、分岔图、庞家莱截面、频谱等,开展了系统非线性动力学特性研究,并通过了转子试验验证。研究结果表明,非定心SFD油膜间隙较大时,转子系统存在较强的非线性运动,频率成分丰富,减小油膜间隙能够使系统在跨临界后为单周期运动,降低系统的非线性不平衡响应;但过小的油膜间隙将导致转子系统峰值响应和对应的转速显著增大,转子可工作转速范围变小,合理的油膜间隙可以兼顾非线性振动响应和峰值转速较小,实现转子系统在大转速范围内长时间运行。     

基于能量空间不对中非线性双转子振动特性分析

针对轴系质量不平衡、转子支点不同心等故障问题,建立具有偏角不对中的水平支撑非线性双转子系统模型及动力学方程。利用Runge-Kutta法求解系统的振动响应,发现低压转子出现多个超谐波共振峰。通过庞加莱映射和分岔图分析该系统的非线性振动机理。基于振动能量空间分析方法,研究双转子不同临界转速区域的振动能量轨道特性,初步定量地分析不对中故障对非线性双转子系统振动的影响。实现了具有不对中故障的非线性双转子系统的振动机理表征,研究结果可为多转子系统的复合故障诊断提供新的分析方法。     

跌落工况下斜支承系统响应分析的变分迭代法

以斜支承缓冲包装系统为研究对象,建立了跌落工况下系统的无量纲非线性动力学方程。应用变分迭代方法求解了系统动力学方程,得到了系统响应的近似解析表达式,并与龙格库塔数值解进行了比较。研究表明:跌落工况下斜支承系统响应频率相对误差小于0.3%,无量纲位移及加速度的响应最大值相对误差小于0.5%,且无量纲位移、加速度响应随支承角及跌落高度的变化趋势,与龙格库塔数值结果相同。变分迭代方法求解斜支承系统的跌落冲击问题,可以得到满意的结果。     

不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响

研究了电机中由于相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子系统振动的影响。首先把气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过转子或定子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力的解析表达式。然后代入到转子系统的运动方程中,采用隐式非线性NEWMARK积分法计算系统在不平衡磁拉力和质量偏心力作用下的动力响应,详细分析了电机参数对偏心转子系统振动的影响。研究结果为旋转机械轴系的动力分析及设计提供了理论依据。     

机车转子非线性系统的动力学分析

随着机车速度的提高,对机车的运行安全性和稳定性提出了更高的要求。主要研究了非线性双转子连续-质量转子系统的动力学模型,综合考虑转子支撑、齿轮啮合刚度等复合非线性因素影响。基于哈密尔顿最小势能原理,建立连续-质量非线性转子系统的动力学模型,对系统进行无量纲化处理,并求解了固有振动频率及振型。采用MR-K迭代法求解强非线性转子系统的数值解。定量分析在支撑刚度、阻尼及其齿轮刚度参数作用下,转子系统的幅频响应变化。结果表明:复杂边界条件下,系统的固有频率对传动系统振动响应影响较明显。当齿面磨损及间隙变化时,齿轮啮合刚度变大,转子系统在固有频率处位移显著增大。轮轨激励的变化,引起系统从动轴横向弯曲幅值变大。     

带横向裂纹的拉杆转子非线性动力学特性研究

以拉杆转子为对象,对具有横向裂纹的拉杆转子非线性动力学响应特性进行研究。基于达朗贝尔原理建立考虑轮盘之间非线性接触特性的裂纹拉杆转子系统运动方程。采用数值积分方法对运动方程进行求解,得到轮盘振幅随转速变化的曲线。分析裂纹刚度减小量、轮盘质量偏心矢量夹角、接触面阻尼系数、裂纹角等系统参数对轮盘幅频特性的影响。同整体转子相比,裂纹拉杆转子除在1/2阶、1/3阶临界转速附近发生1/2阶、1/3阶亚谐共振外,在超临界转速区域存在超谐共振。系统参数对裂纹拉杆转子幅频特性曲线影响较大。分析结果可为认识裂纹转子系统的响应特性、开展裂纹转子的故障诊断提供理论指导。