非稳态非线性油膜力作用下柔性轴裂纹转子的动力特性分析

分析了在动载轴承非稳态非线性油膜力作用下，具有横向裂纹柔性轴Jeffcott转子在非线性涡动影响下的动力特性。通过数值计算表明，在油膜失稳转速前，随着裂纹轴刚度变化比的增大，系统在低转速区域内具有丰富的非线性动力行为，出现倍周期分叉及混沌现象，涡动振幅随转速升高而减小，直到非稳态非线性油膜失稳，在无裂纹转子油膜临界失稳点处发现了类Hopf分叉现象，系统运动由平衡变为拟周期运动；裂纹转子在油膜临界失稳时的系统运动亦为拟周期运动，裂纹转子轴刚度变化对油膜失稳点及油膜失稳之后转子的运动影响不大，转子系统作拟周期运动。     

多种非线性力作用下不平衡弹性转子的分岔特性

研究了4自由度不平衡弹性转子在非线性油膜力、非线性内阻力和非线性弹性力联合作用下的动力学特性。结果表明，当只有非线性油膜力作用时，转子只存在由于油膜失稳而导致的倍周期分岔。而当非线性油膜力与非线性内阻力共同作用时，在油膜失稳后，转子产生低频振动。转速继续增加，还会诱发内阻失稳，产生概周期运动。在倍周期分岔中，存在分岔激变现象。本文发现的由于油膜涡动而导致的内阻失稳(概周期运动)是一种未见报道的转子失稳模式(组合失稳)，它与油膜失稳(倍周期运动)一起可作为转子故障诊断的典型失稳模式。     

舰载旋转机械基础冲击响应建模和数值计算

针对舰载旋转机械的水下非接触爆炸冲击动力学响应问题,提出了一种基础冲击转子-轴承系统建模理论.结合牛顿运动定理、动量矩定理和Timoshenko梁理论,推导出了系统动力学微分方程,方程综合考虑了转子的旋转惯性力、剪切力、陀螺效应、轴向力、轴向扭矩以及轴承的油膜力.通过在时间域和空间域分别采用直接积分法和Galerkin...     

弹性支承滑动轴承不平衡转子系统非线性动力稳定性和分岔的研究

研究弹性支承滑动轴承不平衡转子系统的稳定性及分岔特性。建立了弹性支承-滑动轴承-转子非线性动力系统的力学模型，在油膜力非线性的情况下，应用数值模拟，采用打靶法计算了刚性转子系统的周期解，并与龙格-库塔法计算的结果进行了对比，依据Floquet理论，分析了周期解的稳定性，再结合龙格-库塔法、Poineare映射法作出了系统运动分岔图。最后，讨论了轴的柔性对转子系统运动稳定性的影响。     

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。     

受电磁激励的连续转子-轴承系统非线性振动与分岔

研究了受横向不平衡电磁激励的转子．轴承系统的非线性振动响应。首先将转子．轴承系统简化为带有质量不平衡并受横向激励的连续梁,由于短轴承的油膜力和电磁力的共同激励,系统振动具有强非线性特性。用Galerkin方法把偏微分控制方程离散为常微分方程组,采用四阶Runge—Kutta法对该系统进行数值仿真研究。其次比较了转轴分别在电磁力、油膜力单独作用和两种力共同作用下的振动特性,研究表明电磁力和油膜力对转子系统的非线性振动和分岔有着不同的贡献：油膜力的存在抑制了拟周期运动的发生,延长了稳定运行区域;电磁力拉长了拟周期发生的区域,降低了转子系统发生突发性破坏的风险。最后给出了系统响应随转速、电磁参数、油膜粘度等控制参数变化的分岔图,表明：系统在两个方向的运动随控制参数的变化趋势基本相同,经历了周期、倍周期、拟周期等非线性运动交替出现的过程;且油膜粘度的增大有利于转子系统的安全运行。     

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。     

碰摩裂纹转子轴承系统的周期运动稳定性及实验研究

根据碰摩裂纹耦合故障转子轴承系统的非线性动力学方程，利用求解非线性非自治系统周期解的延拓打靶法，研究了系统周期运动的稳定性。研究发现，小偏心量下系统周期运动发生Hopf分岔，大偏心量下系统周期运动发生倍周期分岔，偏心量的加大使周期解的稳定性明显降低；系统碰摩间隙变小，碰摩影响了油膜涡动的形成，使失稳转速有所提高；裂纹深度的加大降低了系统周期运动的稳定性。本文的研究为转子轴承系统的安全稳定运行提供了理论参考。     

考虑油膜力作用的船舶主推进系统冲击研究

舰船推进轴系是舰船动力装置的重要组成部分,它的稳定性是舰船生命力的基本保证.本文以舰船主推进轴系为研究对象,考虑了非线性油膜力的作用,在推进轴的非线性油膜力模型中,考虑了油膜涡动效应和挤压效应以及多个轴承油膜力的耦合影响,并考虑了轴承结构本身的刚度.文中采用弹性体动力学方法对推进轴建模,考虑了在外冲击作用下转速和轴承油膜力对于转轴冲击响应的影响,考虑横向运动与转动耦合作用,导出以非线性偏微分方程描述的舰船主推进轴的动力学方程,并用经典理论对其进行离散,最后采用龙格-库塔法进行数值仿真.实例分析指出转速对于转轴冲击响应的影响不可忽略.     

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.      

挤压油膜阻尼器－滑动轴承－刚性转子系统的稳定性及分岔行为

对挤压油膜阻尼器－滑动轴承－转子系统的稳定性及分岔行为进行了研究，由于该动力系统为一强非线性系统，具有复杂的非线性现象。本文采用Ｆｌｏｑｕｅｔ理论对其周期解的稳定性进行了计算分析：随着系统参数的变化，该系统将出现稳态周期解、准周期分岔、倍周期分岔。文中也对系统平衡点的稳定性进行了分析，讨论了其Ｈｏｐｆ分岔行为     

QUANTITATIVE METHODOLOGY FOR STABILITY ANALYSIS OF NONLINEAR ROTOR SYSTEMS

IntroductionRotor-bearings systems applied widely in industry are nonlinear dynamic systems of multi-degree-of-freedom.Synchronous vibration is its typical motion under unavoidable unbalance.Subharmonic,quasi-periodic and chaotic vibrations,caused by the …     

非自治系统用瞬态响应求周期解稳定度的方法

根据Floquet理论关于线性周期系数系统解的性质及稳定性条件 ,定义了衡量非线性非自治系统周期解受扰后的衰减速率指标—稳定度。从动力系统流的概念出发 ,给出了利用非线性非自治系统稳态周期解受扰后的瞬态响应信息计算周期解稳定度的方法。以不平衡滑动轴承 弹性转子系统为例 ,说明了该方法的有效性。将稳定度等于零作为临界判据 ,该方法不仅解决了工频周期解失稳边界的确定问题 ,而且解决了渐进稳定域的估计和抗冲击扰动裕度的计算问题     

多自由度转子-轴承系统周期运动分岔及稳定性研究

建立考虑诸多因素的转子-轴承系统多自由度模型,将与Newmark结合的打靶法应用到多自由度转子-轴承系统的周期稳定性分析中。着重研究了转子-轴承系统失稳转速随系统偏心量、轴承间隙、润滑油动力粘度以及轴承长径比的变化规律,研究结果表明:提高系统偏心量、减小轴承间隙、增大润滑油动力粘度以及选择适当的轴承长径比均能提高转子-轴承系统的失稳转速;对于不同的参数值,系统表现出不同的分岔规律,系统发生半速涡动时表现为倍周期分岔或拟周期分岔,发生油膜振荡时则表现为拟周期分岔。     

Subharmonic resonance of a symmetric ball bearing–rotor system

The performance of a ball bearing–rotor system is often limited by the occurrence of subharmonic resonance with considerable vibration and noise. In order to comprehend the inherent mechanism and the feature of the subharmonic resonance, a symmetrical rotor system supported by ball bearings is studied with numerical analysis and experiment in this paper. A 6DOF rotordynamic model which includes the non-linearity of ball bearings, Hertzian contact forces and bearing internal clearance, and the bending vibration of rotor is presented and an experimental rig is offered for the research of the subharmonic resonance of the ball bearing–rotor system. The dynamic response is investigated with the aid of orbit and amplitude spectrum, and the non-linear system stability is analyzed using the Floquet theory. All of the predicted results coincide well with the experimental data to validate the proposed model. Numerical and experimental results show that the resonance frequency is provoked when the speed is in the vicinity of twice synchroresonance frequency, while the rotor system loses stability through a period-doubling bifurcation and a period-2 motion i.e. subharmonic resonance occurs. It is found that the occurrence of subharmonic resonance is due to the together influence of the non-linear factors, Hertzian contact forces and internal clearance of ball bearings. The effect of unbalance load on subharmonic resonance of the rotor system is minor, which is different from that of the sliding bearing–rotor system. However, the moment of couple has an impact influence on the subharmonic resonances of the ball bearing–rotor system. The numerical and experimental results indicate that the subharmonic resonance caused by ball bearings is a noticeable issue in the optimum design and failure diagnosis of a high-speed rotary machinery.     

Nonlinear dynamic behaviors of a rotor-labyrinth seal system

The nonlinear model of rotor-labyrinth seal system is established using Muszynska’s nonlinear seal forces. We deal with dynamic behaviors of the unbalanced rotor-seal system with sliding bearing based on the adopted model and Newmark integration method. The influence of the labyrinth seal one the nonlinear characteristics of the rotor system is analyzed by the bifurcation diagrams and Poincare’ maps. Various phenomena in the rotor-seal system, such as periodic motion, double-periodic motion, quasi-periodic motion and Hopf bifurcation are investigated and the stability is judged by Floquet theory and bifurcation theorem. The influence of parameters on the critical instability speed of the rotor-seal system is also included.     

Fault diagnosis of a rotor bearing system using response surface method

Dynamic analysis of a high-speed rotor bearing systems is challenged by their highly nonlinear and complex properties. Hence, an approximate response surface method (RSM) is utilized to analyze the effects of design and operating parameters on the vibration signature of a rotor-bearing system. This paper focuses on accurate performance prediction, which is essential to the design of high performance rotor bearing system. It considers distributed defects such as internal radial clearance and surface waviness of the bearing components. In the mathematical formulation the contacts between the rolling elements and the races are considered as nonlinear springs, whose stiffnesses are obtained by using Hertzian elastic contact deformation theory. The governing differential equations of motion are obtained by using Lagrange's equations. In terms of the feature that the nonlinear bearing forces act on the system, a reduction method and corresponding integration technique is used to increase the numerical stability and decrease computer time for system analysis. Parameters effects are analyzed together and its influence considered with DOE and Surface Response Methodology are used to predict dynamic response of a rotor-bearing system.