叶片-转子-轴承系统的非线性动力学问题研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础,研究了在油膜力作用下,叶片和转轴耦合振动系统的动力学行为。为分析叶片的惯性影响,将叶片模化为单摆模型。采用Runge-Kutta数值方法求解了耦合系统的振动方程,并利用分岔图、Lyapunov指数图、Poincar啨映射图和频谱图等分析了系统的稳定性。分析结果表明,当转速变化时,系统响应会出现倍周期、拟周期和混沌运动等现象,在此基础上分析了叶片长度的变化对该系统非线性动力学行为的影响。     

不平衡量对非线性多转子系统动力特性的影响

用近代非线性动力学理论分析了弹性支承有间隙和摩擦的非线性刚性多转子系统的复杂运动．建立了支座有间隙和有摩擦的弹性支承的力学模型．导出了这类多转子系统的运动微分方程组．用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图，Poincare映射图和分岔图等．以转子不平衡量为控制参数讨论了进出混沌区的不同路径和系统各种形式的拟周期，倍周期和混沌运动．分析结果为定性地改善转子系统的稳定运行状态提供了理论依据．     

转子—轴承系统发生动静件碰摩时的混沌路径

分析了一个由油膜轴承支承的转子系统在发生动静件碰摩时的振动特性。转子转速与不平衡量被用来作为控制参数以研究进入和离开混沌区域的各种路径以及系统的各种形式的周期、拟周期与混沌运动。结果证明碰摩转子系统在进入和离开混沌区域时可经由倍周期分岔、阵发性和拟周期路径，以及一种由周期运动直接到混沌状态的突发路径。     

弹性支承有间隙的复合转子系统的混沌特性

用近代非线性动力学理论分析了支承有间隙的调整对对称刚性复合转子系统的复杂运动,用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图、Poincare映射图和分岔图,讨论了转速变化时出现的周期、倍周期、拟周期和混沌运动,分析结果为定性地改善转子系统的稳定运动状态提供了理论依据。     

汽轮机转子在气流力和油膜力作用下的非线性动力学特性

为了分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性，本文以短轴承支撑的不平衡刚性对称Jeffcott转子系统为研究对象，首先分析转子在非稳态油膜力作用下的振动特性，然后分析转子在油膜力和气流激振力共同作用下的非线性振动特性。采用数值模拟的方法研究了系统的分岔和混沌特性，计算结果表明，考虑气流激振力和油膜力共同作用下的转子系统与仅考虑油膜力的转子系统相比，在相对进气速度v=30m／s时，随着无量纲转速ω的增加。二者都出现了周期运动和混沌运动多次交替出现的复杂运动特性，但是前者首次出现倍周期分岔和混沌运动时的转运提前，在定转速情况下，随着v的增大，系统最终在经历周期运动之后进入混沌运动，而且圆盘中心的最大振幅随着v的增大而增大。     

具有裂纹-碰摩耦合故障转子-轴承系统的动力学研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础，分析了带有碰摩和裂纹耦合故障的弹性转子系统的复杂运动，在考虑轴承油膜力的同时构造了含有裂纹和碰摩故障转子系统的动力学模型。针对短轴承油膜力和碰摩-裂纹转子系统的强非线性特点，采用Runge-Kutta法对该系统由碰摩和裂纹耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究，发现该类碰摩转子系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象，该研究结果为转子-轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考。     

弹性转子实验台的响应分析

建立了考虑轴承和隔振垫弹性的非对称支承转子实验台系统的非线性动力学碰摩模型, 应用数值分析的方法对其进行研究. 以转速为分叉参数,结合Poincar\'{e}截面和自相关函数图等, 分析隔振垫刚度对系统分叉与混沌动力学行为的影响. 分析结果表明, 隔振垫刚度对系统动力学行为有较大影响, 系统通向混沌的道路主要是阵发性分叉和倍周期分叉. 实验分析所得到的系统运动性质与数值模拟结果一致.     

高速涡轮增压器轴承-转子系统不平衡响应及稳定性分析

汽车涡轮增压器广泛采用浮环轴承支承的小型轻质转子系统,以实现100 000~300 000 r/min的工作转速,提高发动机功率和动力性能,并降低燃油消耗和排放. 在此超高速工况下,动压油膜的强非线性作用和转子固有的不平衡效应使该系统呈现出复杂的动力学现象,其中油膜涡动、振荡、跳跃、倍周期分岔和混沌等非线性动力学行为对增压器的健康运转意义重大,因而备受关注. 本文作者从摩擦学动力学耦合的角度出发,基于流体动压轴承润滑理论和有限差分法计算非稳态油膜压力,结合达朗贝尔原理和传递矩阵法建立了转子离散化动力学方程,提出了一种由双油膜浮环支承的涡轮增压器转子系统动力学模型,并从转子轨迹、轴承偏心率、频谱响应、庞加莱映射和分岔特性等方面比较分析,描述了该非线性轴承-转子系统的不平衡效应及油膜失稳特征. 结果表明:转子一般在相对低速下作稳定的单周期不平衡振动,在高转速下其被油膜失稳引起的次同步涡动所抑制,但不平衡量的增加可阻碍转子以拟周期运动通向混沌运动的路径;适当不平衡补偿下,由于内、外油膜间交互的非线性刚度和阻尼作用,在油膜失稳区间之间的中高速区会出现适合增压器健康运转的稳定区间.      

非线性刚度不平衡转子径向碰摩动力学研究

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,建立了考虑非线性油膜力和非线性刚度的轴转子系统的动力学模型,利用数值积分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,发现此类非线性振动系统具有倍周期分岔、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,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。     

集成式动力总成机电耦合动态特性分析

综合考虑时变啮合刚度、齿轮啮合误差等因素,建立了斜齿轮六自由度非线性动力学方程;并根据集成式动力总成的机械系统和电机系统之间的耦合关系,推导出了集成式动力总成的非线性状态空间机电耦合方程,采用变步长Runge-Kutta法对机电耦合方程进行了数值求解。结合系统的分岔图、时域图、相图、Poincaré映射图和FFT频谱图研究了系统参数对系统振动的影响,分析了系统在电机电流、转子转速、时变刚度和齿轮啮合误差变化时的动力学特性。结果表明:随着电流变化,系统呈周期-混沌-周期的运动状态变化;随着时变刚度变化,系统呈周期倍化到混沌运动状态变化;随着齿轮啮合误差变化,系统由周期运动转变为混沌运动。研究为进一步改善集成式动力总成振动情况提供了依据。