基于改进的传递矩阵法识别电主轴系统滑动轴承油膜特性系数

针对高速电主轴系统在重载下滑动轴承油腔复杂的情况,以及油膜特性系数不便于直接获取的难题,提出了基于改进的传递矩阵法识别滑动轴承油膜特性系数的参数识别方法。该方法将参数识别问题转化为最优化问题,通过最小化电主轴系统不平衡响应的实验值和计算值的偏差来识别滑动轴承油膜特性系数。针对建立电主轴系统动力学模型时要考虑电机转子的自重和电磁转矩的问题,提出改进Riccati传递矩阵法,建立滑动轴承油膜特性系数和转子不平衡量参数识别中的流固耦合动力学模型,引入电机的自重和电磁转矩,扩大状态向量维数为十维,获得计算电主轴系统的不平衡响应的位移传递矩阵模型。并采用隔代映射遗传算法来寻优。最后通过数值算例对这一方法的效率和精度进行了验证。     

随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统不定动力参数实验识别

识别出随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统的不定动力参数是实验研究随机支撑刚度参数转子动力学问题的前提。为此,基于Riccati传递矩阵法的相关理论和计算程序,结合电磁支撑-转子-轴承系统各种工况下的一阶固有频率实测值,对转子系统的不定动力参数进行了识别,给出转轴轴套、联轴器等附件对转子刚度加强作用的具体数值,以及滑动轴承的支撑刚度和扭转刚度参数值。将这些数据代入到转子动力学理论模型中,得到相同工况下两测点振型幅值比值的理论值,并与实验值进行了比较。结果表明:各测点振型幅值比值的理论值和实验值之间的偏差小于5%,说明转子系统不定动力参数识别结果的精度和准确度完全满足实验研究的要求。     

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。     

锅炉给水泵转子动力学参数的一、二阶摄动识别研究

锅炉给水泵的临界转速是非常重要的参数,与结构密切相关。为了准确地计算出给水泵的干临界转速(在空气中)和湿临界转速(在水中),必须知道转轴上的零部件对其弯曲刚度的加强作用。本文利用摄动传递矩阵法,结合实验室的试验数据,对某电站锅炉给水泵转子的动力学参数进行了一阶和二阶摄动识别。给出了给水泵转子上的热装叶轮、轴套对转子刚度产生加强作用的一、二阶摄动识别结果,得到了修正的给水泵转子系统动力学计算模型。由修正模型计算得到的转子系统固有频率与实测的转子系统固有频率吻合良好。指出一阶摄动识别的结果可以满足工程实际的精度要求。     

超高速微转子系统磨损特性的研究

针对高速旋转微电机中典型的转子轴衬摩擦磨损问题,以半球形轴衬为研究对象,提出了1种描述其磨损过程的线性滑动磨损模型,建立了半球形轴衬-极板接触有限元模型,分析微转子轴衬的磨损特性和轴衬-极板接触副的接触动力学特性,研究接触副几何结构参数和操作参数对微转子系统磨损特性的影响.结果表明:在MEMS微转子系统中,微转子轴衬偏心距离和转子轴衬半径影响线磨损率,以两者减至最小为较理想,但须注意设计中轴承半径的限制,并使轴衬偏心距离大于轴承内半径;在转子加工制造许可的范围内,可以通过调整转子轴衬的半径和偏心距离来减少摩擦磨损对微电机的影响,随着转子所承受载荷和转子旋转速度的增加,其磨损严重;接触区的应力分布不同于经典Hertz解,这是由于应力集中出现在不连续的曲率线上,且接触区的接触压力呈现轴对称抛物线状分布.该模型可用于预测微转子轴衬的磨损与接触状况,分析微转子系统的磨损特性.     

轴弯曲与不平衡柔性转子共振稳态响应随机分析

系统参数随机性是影响准确预测转子动力学行为的重要因素。为此,研究了具有初始轴弯曲的不平衡柔性转子在故障参数随机情况下的不确定性分析问题。首先,基于转子动力学梁元有限元理论,推导了不平衡和轴弯曲故障共同作用下的系统稳态动力学方程,并以轴心轨迹长半轴作为关键响应量建立了柔性转子共振稳态响应与输入参数间的模型函数;其次,联合广义多项式混沌展开、留一法交叉验证以及最小角回归技术实现了柔性转子共振稳态响应的非嵌入式自适应稀疏多项式混沌展开,并与基于普通最小二乘法的多项式混沌展开和基于Monte Carlo仿真的结果作了对比分析,验证了自适应稀疏展开方案的有效性、精度和效率;最后,以构建的自适应稀疏多项式混沌展开式作为近似模型,重点分析了转子圆盘处一阶共振稳态响应的随机特性,并基于Sobol指标获得了响应对各故障参数的全局灵敏度指标。     

用机电耦合模型研究转子系统的非平稳过程

建立恰当的转子系统模型,对非平稳过程进行正确完备的描述是进行转子系统设计、实施状态监测和故障诊断的关键。通过考虑驱动电机的影响,建立了异步电机-受驱转子系统的机电耦合数学模型,并利用该模型对机电转子系统由串联补偿电容和负载波动引起的两种机电耦合非平稳过程进行了数值研究。研究结果表明：建立的机电耦合模型可以多方位地研究转子系统在非平衡过程中的机电耦合动力学规律。     

转子裂纹识别仿真研究中的小波时频分析方法

谐波共振是识别转子裂纹的重要依据，但由于转子裂纹的弱激励、非线性、非平称稳等特性，导致利用传统信号处理方法不能准确有效地获取系统的谐波共振特性，从而难于识别出裂纹；小波时频分析方法是处理非线性、非平稳信号的强有力工具，将小波时频分析方法引入到裂纹识别的仿真研究中，基于建立的裂纹转子动力学模型，分析了利用小波时频分析方法识别裂纹的可行性。偏心激励转子裂纹故障识别的仿真研究表明了该方法的有效性。     

根部柔性梁的不确定性建模与确认

首先导出了包含根部挠性参数的悬臂梁动力学方程近似解,将平动和转动柔性参数作为不确定性源,根据若干预紧力矩下的模态实验结果完成了柔性参数识别,并假定其服从正态随机分布,识别了均值与标准差,进而通过回归分析建立了不确定参数随预紧力矩变化的数学模型.最后通过新的模态实验结果对所建模型进行了确认,通过确认结果,明确了该模型的使用范围.     

多跨不平衡轴系的非线性动力学建模

给出了多跨弹性转子系统非线性动力学建模的准则，建立了一个两跨四支撑的16DOF不平衡非线性弹性转子的动力学模型，从有限元法导出了转子系统各段横向刚度系数的解析表达式，求出转子系统各轴颈处的等效负载，模型中采用非稳态油膜力模型。本文工作为研究多跨转子系统的非线性动力特性提供了条件。     

磁悬浮挠性转子系统模型复合辨识方法

针对磁悬浮挠性转子的纯有限元分析模型精度低的问题,提出一种磁悬浮挠性转子系统模型复合辨识方法。该方法首先采用有限元方法把磁悬浮挠性转子划分为多个Timoshenko梁单元,建立磁悬浮挠性转子系统模型,并对其挠性临界频率、阻尼、刚度和振型等关键参数进行分析,进而得到磁悬浮挠性转子的等效降阶数学模型;然后采用鲁棒自适应方法分析磁悬浮挠性转子系统的动态特性;最后,采用变LEVY方法从动态特性分析数据中对磁悬浮挠性转子进行系统辨识,校正有限元分析得到的降阶数学模型。实验结果表明,本方法可以得到磁悬浮挠性转子较为准确的系统模型。     

转子系统非线性动力学DEM建模研究

将DEM方法引入转子系统非线性动力学的分析计算,对其建模过程和有关本构关系,作了比较详尽的介绍。该模型可用于碰摩、弯曲振动和扭转振动等转子系统的大部分动力学和运动学问题分析计算,不仅适用于单跨转子系统,也适用于多跨转子系统,尤其是在碰摩计算时,可考虑其摩擦特性随时间历程而变的特点,从而使分析计算更加接近实际情况。     

具有封严蓖齿转子系统的动力稳定性分析

封严蓖齿的气弹力对转子系统的稳定性起重要作用，本文建立了具有封严蓖齿的转子系统动力稳定性的分析方法，该方法利用传递矩阵法建立系统的主导方程，将封严蓖齿的气弹力以等效刚度及等效阻尼系数的方式引入转子系统的主导方程，用数值积分法解主导方程，求得系统的动力特性，根据扰动解判断系统的稳定性。本文所建立的分析软件，也可计算转子系统的不平衡响应、临界转速、突加不平衡响应等。文中对一模型转子进行了算例分析。     

Effects of a crack on the stability of a non-linear rotor system

The stability of a rotor system presenting a transverse breathing crack is studied by considering the effects of crack depth, crack location and the shaft's rotational speed. The harmonic balance method, in combination with a path-following continuation procedure, is used to calculate the periodic response of a non-linear model of a cracked rotor system. The stability of the rotor's periodic movements is studied in the frequency domain by introducing the effects of a perturbation on the periodic solution for the cracked rotor system.It is shown that the areas of instability increase considerably when the crack deepens, and that the crack's position and depth are the main factors affecting not only the non-linear behaviour of the rotor system but also the different zones of dynamic instability in the periodic solution for the cracked rotor. The effects of some other system parameters (including the disk position and the stiffness of the supports) on the dynamic stability of the non-linear periodic response of the cracked rotor system are also investigated.     

DYNAMICS ANALYSIS OF STOCHASTIC SPATIAL FLEXIBLE MULTIBODY SYSTEM 1)

轻质、高精度的柔性多体系统被广泛应用于实际工程领域中.由于实际设计公差、制造误差及环境温度等多种不确定因素的存在,使得柔性多体系统的结构参数(物理参数和几何参数)表现出随机性.具有随机结构参数的动力学模型能够客观地反映出真实系统的动力学行为,且结构参数的不确定性对空间柔性多体系统动力学响应的影响是不容忽视的.针对具有多个随机参数的空间柔性多体系统,提出了一种基于广义alpha算法的非侵入式随机柔性多体系统动力学计算方法.采用绝对节点坐标公式(absolute node coordinate formulation, ANCF)来描述柔性体, 推导建立多体系统动力学模型.利用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)法构建系统随机动力学方程的代理模型,然后将随机响应面法(stochastic response surface method, SRSM)嵌入广义-alpha方法中,分别采用改进抽样的回归方法(regression method of improved sampling, RMIS)和单项求容积法则(Monte Carlo simulation, MCR)来确定样本点.将数值计算结果与蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation, MCS)结果进行对比, 验证了所提算法的有效性.在相同的定积分精度的条件下,根据单项求容积法则确定的样本点的计算结果稳定性更强, 且其计算效率更高.     

随机空间柔性多体系统动力学分析

轻质、高精度的柔性多体系统被广泛应用于实际工程领域中.由于实际设计公差、制造误差及环境温度等多种不确定因素的存在,使得柔性多体系统的结构参数(物理参数和几何参数)表现出随机性.具有随机结构参数的动力学模型能够客观地反映出真实系统的动力学行为,且结构参数的不确定性对空间柔性多体系统动力学响应的影响是不容忽视的.针对具有多个随机参数的空间柔性多体系统,提出了一种基于广义alpha算法的非侵入式随机柔性多体系统动力学计算方法.采用绝对节点坐标公式(absolute node coordinate formulation, ANCF)来描述柔性体, 推导建立多体系统动力学模型.利用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)法构建系统随机动力学方程的代理模型,然后将随机响应面法(stochastic response surface method, SRSM)嵌入广义-alpha方法中,分别采用改进抽样的回归方法(regression method of improved sampling, RMIS)和单项求容积法则(Monte Carlo simulation, MCR)来确定样本点.将数值计算结果与蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation, MCS)结果进行对比, 验证了所提算法的有效性.在相同的定积分精度的条件下,根据单项求容积法则确定的样本点的计算结果稳定性更强, 且其计算效率更高.      

Dynamic characteristics of self-acting gas bearing–flexible rotor coupling system based on the forecasting orbit method

This paper studies the nonlinear dynamic characteristics of a flexible rotor supported by self-acting gas bearings theoretically. The multiple degree freedom model of flexible rotor is established by the finite element method and analyzed coupled with the transient gas lubricated Reynolds equation by employing the forecasting orbit method. The Reynolds equation is solved by the alternating direction implicit method and the dynamic response of the rotor is calculated by the Newmark integral method. To settle the problem that the two kinds of transient solving processes (transient Reynolds equation for bearing and transient equation of motion for rotor) cannot be solved simultaneously, which arises from the fact that they need each other??s results as their initial values, the multi-field coupling algorithm based on the forecasting method is proposed and applied in this paper. By employing the numerical method, the rotor trajectory diagram, phase diagram, frequency spectrum, power spectrum, bifurcation diagram, and vibration mode diagram were obtained. It is to note that the dynamic characteristics of self-acting gas bearing?Crotor system and whirling instability of the system could be depicted successfully. This would establish the foundation for contributing to a further understanding of the gas bearing?Cflexible rotor system.     

Bifurcation and nonlinear dynamic analysis of noncircular aerodynamic journal bearing system

This paper studies the bifurcation and nonlinear dynamic behaviors of a rigid rotor supported by a noncircular aerodynamic journal bearing system (NABS) with a specified rigid rotor. A hybrid numerical method combining the differential transformation method and the finite difference method are used to calculate pressure distribution of NABS and rotor orbits. The results obtained for the orbits of the rotor center are in good agreement with those obtained using the traditional finite difference approach. Moreover, the hybrid method avoids the divergence problem suffered by the finite difference scheme at low values of the rotor mass and computational time-step. The results presented summarize the changes which take place in the dynamic behavior of the NABS as the rotor mass and bearing number are increased and, therefore, provide a useful guideline for the bearing system.