裂纹转子振动特性分析

以具有刚性支承的水平Jefcott裂纹转子为研究对象,考虑涡动的影响,建立了裂纹转轴在固定坐标系中的刚度矩阵,推导了裂纹转子振动的运动方程,并通过数值方法分析了其动态特性。数值分析表明：裂纹转子振动响应中出现1X、2X、3X……分量,且当Ω=1/2,1/3…时,2X,3X…分量分别达到最大值;转子的中心轨迹形状随Ω变化而变化,当β=0-π逐渐增大时,响应中1X分量显著减小。考虑弯扭耦合振动时,振动响应中出现一些新的频率成分。同步激励的情况下,当ω＝ωN／n(n=2,3,4,…）时,扭转振动响应中nX分量也达到最大值。     

开闭裂纹转子的弯扭耦合振动研究

以水平放置的Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了开闭裂纹转子弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了纯弯曲振动与弯扭耦合振动情况下转子的动力响应。结果表明：弯扭耦合振动是由转子质量的偏心和转子自重的共同作用而产生的，当质量偏心很小时可以不考虑扭转振动的影响，当偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且由于裂纹开闭的作用，使扭转的耦合作用存在一个范围，随裂纹深度的增加，扭振影响的转速下限就会越低，但当裂纹较深、转速较快时，扭转对弯曲振动在作用范围内有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感，因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

任意斜裂纹转子的耦合振动研究

对包含不同类型裂纹(横裂纹、横-斜裂纹以及任意斜裂纹)的转子的耦合振动进行研究,以揭示裂纹转子在不同方向上刚度参数的变化规律及其交叉耦合机理,特别是由此引发的振动特征.对于包含不同类型裂纹的转子轴段,采用六自由度Timoshenko梁单元模型对其进行单元建模,并基于应变能理论推导计算柔度参数和刚度矩阵.在此基础上,采用纽马克-β数值算法求解裂纹转子的运动方程,获得裂纹转子在单故障或多故障激励(不平衡激励、扭转激励或不平衡激励加扭转激励)作用下的耦合振动响应,进而分析耦合振动谱特征.与横裂纹和横-斜裂纹相比,任意斜裂纹使转子刚度矩阵的交叉耦合效应更显著,导致转子发生更强烈的弯-扭耦合甚至是纵-弯-扭耦合振动.无论是在不平衡激励还是扭转激励作用下,弯曲振动与扭转振动幅度都更大.而且,包含不同类型裂纹的转子的耦合振动特征频率,例如旋转基频与二倍频、扭转激励频率及其边带成分的幅值,对裂纹面方向角具有不同的敏感性.所得的这些研究结果,可以为转子裂纹的特征参数辨识与诊断提供理论依据.     

任意斜裂纹转子的耦合振动研究

对包含不同类型裂纹(横裂纹、横-斜裂纹以及任意斜裂纹)的转子的耦合振动进行研究,以揭示裂纹转子在不同方向上刚度参数的变化规律及其交叉耦合机理,特别是由此引发的振动特征. 对于包含不同类型裂纹的转子轴段,采用六自由度Timoshenko梁单元模型对其进行单元建模,并基于应变能理论推导计算柔度参数和刚度矩阵. 在此基础上, 采用纽马克-$\beta$数值算法求解裂纹转子的运动方程,获得裂纹转子在单故障或多故障激励(不平衡激励、扭转激励或不平衡激励加扭转激励)作用下的耦合振动响应,进而分析耦合振动谱特征. 与横裂纹和横-斜裂纹相比,任意斜裂纹使转子刚度矩阵的交叉耦合效应更显著,导致转子发生更强烈的弯-扭耦合甚至是纵-弯-扭耦合振动.无论是在不平衡激励还是扭转激励作用下, 弯曲振动与扭转振动幅度都更大. 而且,包含不同类型裂纹的转子的耦合振动特征频率,例如旋转基频与二倍频、扭转激励频率及其边带成分的幅值,对裂纹面方向角具有不同的敏感性. 所得的这些研究结果,可以为转子裂纹的特征参数辨识与诊断提供理论依据.      

裂纹转子的弯扭耦合振动特性分析

研究了裂纹转子的弯扭耦合振动特性,分析了扭转对弯曲振动的影响,数值分析结果表明,在某些情况下扭转振动的耦合使变曲振动转子的裂纹特征消失,对转子水裂纹故障的早期预报与诊断不利,     

裂纹转子在支承松动时的振动特性研究

以具有支承松动的Jeffcott裂纹转子为研究对象，分析了支承松动和轴上横向裂纹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振动特性。分析表明，转子在裂纹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。     

基于随动坐标系的开裂纹转子系统转动阻尼对振动稳定性影响的研究

区分固定阻尼和转动阻尼的情况下,建立了基于Lagrange方程的随动坐标系下开裂纹转子的运动方程。在此基础上采用了基于Routh-Hurwitz判据的根轨迹法,做出了裂纹转子非线性振动的坎贝尔图、衰变率图、根轨迹图;以此为依据分别研究了无阻尼开裂纹转子、具有一定比例的粘滞阻尼开裂纹转子运动稳定性。从而得出粘滞阻尼、粘滞阻尼中不同转动阻尼所占的比例以及对系统稳定性的影响,为裂纹转子故障诊断和不稳定振动控制提供了理论依据。     

含裂纹转子在变速过程中的瞬态振动

本文分别针对理想和非理想能源，研究了含裂纹的转子加速通过主共振区、次共振区和参数共振区的瞬态振动。结果表明，转子过次共振及参数共振区的瞬态特性可能成为诊断裂纹的重要依据。另外，本文采用主谐波变换，将转子系统的运动分方程变换成了用主谐波系数表示的方程，用该方程求转系统远离次共振和参数共振点的稳态响应时，可用求解代数方程来代替求解原微分方程，从而使求解更简便。     

考虑密封的悬臂转子系统的裂纹故障分析

以双盘悬臂立式转子-轴承系统为研究对象，建立了系统运动微分方程，并用数值方法分析了在非线性密封力和非线性油膜力作用下的裂纹转子的动力学特性。分析表明，在一定深度裂纹下，转子系统响应随不同角频率比表现出复杂的非线性现象，出现了周期k运动、拟周期运动和混沌运动等多种运动形式。在一定角速度时，工作在远离临界角速度区的转子系统对裂纹非常敏感，而工作在近临界角速度区的转子系统对裂纹不是特别敏感，但是裂纹对它的运动状态影响较大。该研究结果为该类转子-轴承系统的安全运行与故障诊断提供了一定的理论参考。     

裂纹转子分叉、混沌行为研究中的映射延拓综合法

介绍一种能全面计算周期激励下非线性系统周期响应，拟周期响应和混沌响应的新算法－映射延拓综合法，它可方便地确定拟周期响应和混沌响应对应的系统参数区间。应用此算法对具有非线性刚度的裂纹转子系统裂纹扩展故障特征问题进行了研究，得到了以裂纹深度为分叉参数的系统稳态响应分叉解图。     

裂纹转子振动的瞬态分量研究

利用定性分析、多尺度法和数值模拟三种方法对裂纹转子振动的特点进行了研究，着重讨论了瞬态分量的构成及其特性．研究结果表明瞬态振动分量是一个比较理想的，可以用于裂纹早期检测的特征，同时也证明了多尺度法是研究带有突变参数的参数激振系统的有效方法．     

Robust control for MIMO hybrid dynamical system of underwater vehicles by composite adaptive fuzzy estimation of uncertainties

An organization structure of global oscillation with respect to a cracked rotor system with oil-film force is investigated in this paper. We profit from GPU cluster parallel computing to present a number of high-quality phase diagrams, and exhibit global dynamic characteristics of the system. An interesting scenario, “eye” of chaos, is discovered in this cracked rotor system, emerging as the accumulation limit of forward and reverse period-doubling bifurcation cascades. In this system, it is a common phenomenon that the vibration response of the rotor presents three typical characteristics in parameter space with the rotation speed increasing. Moreover, these phase diagrams assist us to identify multi-attractor coexisting that makes the dynamics behavior of this system become more enrich and complex. These results we represent get us better to understand the nonlinear response of the cracked rotor system and are beneficial to control and diagnose the crack.     

AN APPROXIMATE METHOD OF RESPONSE ANALYSIS OFVIBRATIONS FOR CRACKED BEAMS

I.IntroductionTheinvestigationsonthed}'nan1icresponsesofcrackedbeamshavebeendonebymanyresearchers.Howeter,upti11now.totheauthors-knot"ledge,intheirwork,thereha\-ebeenmanypapersaboutnumericaln1ethodstobeusedasamainmeanstostudy,whileveryfewpapersab0utanalyt…     

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.     

Parametric instability of a Jeffcott rotor with rotationally asymmetric inertia and transverse crack

Both the rotationally asymmetric inertia and transverse crack frequently appear in the rotor system. The parametric excitations induced by this two features cause instability and severe vibration under certain operating conditions. Thus, the parametric instability of a Jeffcott rotor with asymmetric disk and open transverse crack is studied analytically. The vibration equations of four degrees-of-freedom of the system are established, and the stiffness coefficients of cracked rotor shaft are derived based upon the compliance method and strain energy release rate method. Then, utilizing the harmonic balance method and Taylor expansion technique, the unstable widths of simple and combination instability regions (SIR and CIR) are solved approximately. For a practical rotor system, the approximate unstable widths are verified by the Floquet numerical analysis. The effects of crack depth and position upon the unstable widths are discussed, and the conditions for zero unstable points (ZUPs) are given: Besides the asymmetric angle should be π/2 (for SIR) or 0 (for CIR), the relationships between the inertia asymmetry and crack parameters (depth and position) are also presented analytically. These results would be useful for crack detection and instability control of the asymmetric rotor-bearing system.     

转轴上裂纹开闭模型的研究

本文提出了一种新的描述转轴裂纹开闭状态的数学模型,此模型描述了裂纹开、闭及过渡状态的持续过程,它将开裂纹、方波和余弦模型统一于同一模型中,它的使用不受动、静挠度关系的限制.用这个模型算得的裂纹轴刚度变化曲线与实验结果吻合程度比余弦和方波模型好.文中还以Jeffcott裂纹转子为例,对各模型进行了理论探讨.结果表明:当研究非同步运动时,本文模型与方波和余弦模型所得的解差别较大,且轴心位移矢量的方向角在静平衡位置处的波动,影响到所得响应的特性.而对同步运动,这种差别及影响都很小.     

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(Varying compliance)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.