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。     

一类非线性油膜轴承—转子系统的碰摩数值分析

本文结合非线性油膜力模型和碰摩速度跃迁公式,建立了描述非线性油膜轴承-转子系统碰摩的刚性约束非光滑模型。通过数值模拟,得到了该系统随转动角频率及油膜特性参数变化发生碰摩的分岔特性,并揭示出转子系统的碰摩与油膜振荡的1/2亚谐共振有密切关系。     

转子有碰摩和支承松动故障时的非线性特性研究

以具有支承松动的Jeffcott转子为研究对象，并考虑到转子系统转子和定子间的碰摩现象，分析了支承松动和碰摩对转子系统刚度的影响，建立了转子系统振动的微分方程，并用数值方法分析了其非线性动力学特性。数值分析表明，转子在碰摩和支承松动这两种非线性因素的作用下，表现出复杂的非线性行为。     

航空发动机整机耦合动力学模型及振动分析

面向航空发动机整机振动, 建立了航空发动机转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型. 该模型具有如下特点: (1)考虑转子、滚动轴承及机匣之间的耦合作用; (2)考虑了实际航空发动机的弹性支承及挤压油膜阻尼效应; (3)将转子考虑为等截面自由欧拉梁模型, 运用模态截断法进行分析; (4)考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触力以及变柔性VC(Varyingcompliance)振动; (5)考虑了转子与机匣之间的碰摩故障. 运用数值积分方法研究了航空发动机的整机振动规律, 包括: 滚动轴承VC振动分析、弹性支承刚度对耦合系统临界转速的影响、转轴模态截断阶数NM对系统响应的影响分析、挤压油膜阻尼器参数对系统响应的影响分析、突加不平衡的瞬态响应分析以及转静碰摩故障特性分析等.      

一类油膜转子刚性碰摩模型的动力学研究

本文结合非线油膜力模型和冲量定理，建立了Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子碰摩的刚性约束模型，通过对模型的数值模拟，揭示了转子系统碰摩产生的途径的过程，并 混沌运动发生的条件及其与碰摩的关系。     

异步进动转子与限位器碰摩试验

利用限位器来限制储能飞轮实验转子的大幅度低频异步进动,设计了转子与限位器碰摩试验装置,研究转子的碰摩振动。分析了转子内表面碰摩力对转子运动的影响。转子与内置式限位器发生稳定的局部碰摩时,转子低频进动幅值不再增加,转子自转速度保持不变。碰摩转子的强迫振动在时域及频域都表现出了复杂性,碰摩冲击作为宽频激励,能够激励出转子-支承系统的第二模态正向进动。     

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。     

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。     

非线性转子的低频振动失稳机理分析

包括两部分内容：１）材料内阻作用下转子自激振动的局部分岔分析；２）考虑湍流因素的滑动轴承油膜力作用下转子轴承系统油膜失稳机理的全面分析。结果表明，非线性转子的自激振动表现出复杂的动力学现象，这些低频振动现象的揭示，为工程上转子故障的识别和预防提供了理论依据。     

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。     

Improvement of rotor performance under rubbing conditions through active auxiliary bearings

This paper develops a new concept to enhance the adaptive capability of rotating machinery to the rubbing conditions through active auxiliary bearings. To demonstrate the feasibility of this idea, a model with a Jeffcott rotor and an active auxiliary bearing, which accounts for both the dynamics of the auxiliary bearing and the deformation on the contact surface, is investigated. The dynamics and the stability of the non-linear piecewise-smooth passive rotor/stator (auxiliary bearing) system are first studied. Then, two control approaches are proposed with the aim to reduce the rubbing severity during the rotor/stator rubbing. It is shown that by using an optimal controller, the harmful heavy rubbing between the rotor and the stator can be well stabilized to the mild light rub through the active auxiliary bearing, and the already established rotor-to-stator rubbing can even be released by using PD-controllers.     

Effect of parameters on the rubbing condition of an unbalanced rotor system with initial permanent deflection

A rotor-stator rubbing Jeffcott model of a rotor system with mass unbalance including the mass eccentricity and the initial permanent deflection was set up and the corresponding governing motion equation was derived by d’Alembert principle. Through the analytical method, the rubbing condition was analyzed. Whether the rub would happen and when the rub would happen were well solved. The amplitude of the rotor center was calculated, and the rubbing factor was introduced to determine whether the rub would happen or not for all rotating speeds. Rubbing speeds when rub began to happen were obtained. Parameters such as the mass eccentricity, the initial permanent deflection, damping coefficients, and the phase angle between the mass eccentricity and the permanent deflection were used to analyze their effect on the rubbing condition. Results were obtained and could be used to prevent the rubbing fault or decrease the damage of the rub and diagnose or balance the initial permanent deflection fault.     

外弹性支承滑动轴承—刚性转子系统非线性动力稳定性的研究

研究外弹性支承滑动轴承－刚性转子系统的动力稳定性问题。建立了弹性支承圆瓦轴承－Jeffcot转子系统的力学模型,针对滑动轴承水平转子,在油膜力非线性的情况下,采用Newmark方法计算其响应。对于一个具体的算例,通过改变其参数,确定其稳定区,并与滑膜力线性化时理论分析的结果进行了比较。     

考虑定子质量和碰摩面刚度的转子/定子系统碰摩响应的全局动力学特性研究

对考虑定子质量和碰撞面刚度的四自由度转子/定子模型的全局响应特性进行了研究。首先,通过解析方法确定了无碰摩响应的边界,然后,求解了同频全周碰摩解并进行了稳定性分析得到了同频全周碰摩响应的区域。在此基础上,利用非线性动力学分析的数值方法,确定了准周期局部碰摩与反向涡动失稳的边界,由此得出了参数平面内的不同碰摩响应的稳定区域图。进而研究了定子与转子质量比和碰撞面刚度对碰摩全局响应特性的影响,得到了不同碰摩响应共存及随系统参数变化的典型全局响应分岔图。     

Nonlinear analysis of a rub-impact rotor-bearing system with initial permanent rotor bow

A general model of a rub-impact rotor-bearing system with initial permanent bow is set up and the corresponding governing motion equation is given. The nonlinear oil-film forces from the journal bearing are obtained under the short bearing theory. The rubbing model is assumed to consist of the radial elastic impact and the tangential Coulomb type of friction. Through numerical calculation, rotating speeds, initial permanent bow lengths and phase angles between the mass eccentricity direction and the rotor permanent bow direction are used as control parameters to investigate their effect on the rub-impact rotor-bearing system with the help of bifurcation diagrams, Lyapunov exponents, Poincaré maps, frequency spectrums and orbit maps. Complicated motions, such as periodic, quasi-periodic even chaotic vibrations, are observed. Under the influence of the initial permanent bow, different routes to chaos are found and the speed when the rub happens is changed greatly. Corresponding results can be used to diagnose the rub-impact fault in this kind of rotor systems and this study may contribute to a further understanding of the nonlinear dynamics of such a rub-impact rotor-bearing system with initial permanent bow.     

弹性转子-滑动轴承系统稳定性分析

对一人考虑不平衡力和非线性油膜力的弹性转子 -轴承系统 ,用数值方法研究其稳定性和油膜失稳运动 (自激振动 )特性 ;推导出转子受冲击的运动模型 ,并分析了冲击对系统稳定性的影响规律。     

非线性碰摩力对碰摩转子分叉与混沌行为的影响

研究了具有非线性碰摩力的转子局部碰摩的分叉与混沌运动,利用计算机仿真对某发动机转子的碰摩故障进行了数值模拟,讨论了转子系统参数的变化对转子混池运动状态的影响,并与碰摩实验结果进行了比较,发现了具有非线性碰摩力的转子局部碰摩转子系统的各种多周期运动和混沌运动及其演变过程。     

推力轴承各耦合动特性系数对转子横向振动状态的贡献

系统地研究了推力轴承各耦合动特性系数对转子横向振动状态的贡献。计算结果表明，推力轴承对转子横向振动状态的影响主要由推力盘摆动而产生的耦合动特性系数所决定，而由平动所产生的耦合动特性系数对转子振动状态影响的贡献很小，可以忽略。