求具有任意个准循环坐标的拟线性运动方程组概周期解的一个方法及其应用

引言 在具有高速转子的现代机器中,降低转子不平衡引起的振动有重大的意义。为了消除振动,重要的方法是在制造或安装机器时对转子进行平衡。如果这时转子的挠性和不平衡度对各阶临界频率都消失,则因为其不平衡度在工作过程中是不变的,机组在所有速度条件下就都能够平稳地工作。但是由于转子零件在运转过程中出现位移、磨损和发热等因素,动平衡所达到的转子平衡状态在运转过程中可能遭到不同程度的破坏。因     

失衡转子的动力响应分析

转子失衡是现场机组转子的常见故障之一.究其故障起因可将转子失衡从理论上划分为力不平衡和力偶不平衡两种类型,而在转子的实际运行过程中,这两种失衡状态往往是相互耦合在一起共同对转子的不平衡响应发挥作用的,此特性无疑给现场转子不平衡响应的识别和诊断工作,以及转子的现场动平衡工作带来了极大的困难.本文基于全息谱技术,通过对失衡转子的工频振动进行再分解,从而在理论上得到了两种失衡状态的动力响应特征.试验结果表明,应用本文提出的识别指标得到的理论计算结果与试验结果完全吻合,识别指标可对两类失衡转子在不同运行工况下的动力响应特征做出准确、可靠的描述.这一研究结果将对现场转子主导失衡故障类型的诊断、故障严重程度的评估及现场转子的动平衡工作产生重要影响.     

转子扭转-纵向耦合振动分析

针对某转子的模型,分析了扭转-纵向耦合振动.计算结果表明:设置转子预应力与旋转时的离心力相对应,其扭转振动频率将随预应力的增大而增大.转子纵向振动频率不受该预应力的影响,这是因为转子旋转时预应力的方向与轴线垂直.随着转子旋转时预应力的变化,扭转振动频率接近纵向振动频率,出现扭转-纵向耦合振动.     

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.      

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.     

什么是转子动力学

<正> 1.引言经常有人问起什么是转子动力学.诚然,以转子动力学命名的教科书很少,但是写一篇象本文这样的综述性文章来试图回答这一问题还是值得一试的.本文综述转子动力学发展过程中研究过的各项课题,它们综合在一起也许能给出一个最好的途径来描述什么是转子动力学。     

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.     

转子-机匣局部碰摩的分叉与混沌行为分析

研究了转子-机匣系统发生碰摩时的分叉与混沌行为,分析了转子机匣频率比与刚度比、偏心质量等参数对系统分叉与混沌特性的影响.当转子机匣系统发生碰摩时除了通过倍周期、阵发性和拟周期分叉进入混沌外,还发现了孪生叉形分叉现象,呈现出非常丰富的动力学行为.     

基于预应力法的转子临界转速研究

 以ANSYS软件作为平台，用预应力法求解了转子的临界转速. 对 计算过程作了定性分析，推导了计算公式. 对计算的结果和自编有限 元程序得出的结果作了比较，精度较高.对于多跨转子与其每一单跨 转子临界转速之间的关系，作了阐述.     

解析法计算高剪切均质机转子的变形

 用解析法分析了高剪切均质机转子的变形，推导了计算径向位移 的有关公式. 所得结果为此类转子结构参数优化提供了依据.     

动载荷作用下中介轴承的非线性热行为研究

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转,其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为.考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响.本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性,中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.     

动载荷作用下中介轴承的非线性热行为研究

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.      

NONLINEAR THERMAL ANALYSIS FOR THE INTER-SHAFT BEARING UNDER THE DYNAMIC LOAD 1)

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.     

叶片振动影响下双盘转子-轴承系统的稳定性与分岔

研究叶片与转子-轴承系统的耦合非线性振动,建立了一个带叶片的双盘转子-轴承系统的非线性动力学模型,其中包含一个弹性转轴、两个滑动轴承、两个刚性圆盘和两组弹性叶片.为了分析叶片的惯性影响,将其简化为单摆模型.采用4阶Runge-Kutta法进行了数值模拟,并利用分岔图、三维谱图、轴心轨迹和Poincaré映射图等方法分析了系统的非线性动力学特性.研究发现,随着转速的变化,系统响应演化出了倍周期运动、概周期运动、混沌运动和倍周期分岔等典型的非线性动力学行为.在与忽略了叶片振动的转子系统对比后发现,叶片振动使转子发生混沌运动的转速区域增大.在某些参数条件下,采用不同的叶片刚度,叶片振动可能引起转子系统产生混沌运动.     

柔性转子弹性对行波旋转超声电机接触特性的影响

转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明：柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因：(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失...     

螺桨盘转子轴头动刚度实验测量方法及技术处理

在螺桨盘转子系统的颤振涡动研究中,系统的安装刚度对转子的颤振涡动失稳有着重要的作用.对于飞机发动机,实际安装情况十分复杂,发动机短舱.安装节、机翼等对螺桨盘转子的运动均有影响.所以,在颤振涡动研究中,必须考虑轴头的动刚度.轴头的动刚度是通过动柔度转换而来的,而在动柔度的实验测量中必须解决几个技术问题,首先是提高信噪比.其次是消除工艺夹具带来的附加质量和附加转动惯量的影响,从而提高动刚度系数的测量精度.本文通过对模型转子以及某实际桨轴发动机转子轴头动刚度系数的测量及处理,阐述轴头动刚度矩阵的测量方法,以及有关技术问题的处理过程.     

基于流固耦合的跨声速压气机叶片静气动弹性分析

采用时域推进的双向流固耦合方法对一级跨声速压气机叶片流场和固体域进行数值模拟,研究跨声速转子叶片静气动弹性变形及其对气动性能的影响,对比分析了100%转速下转子叶片的气动特性和固有频率的变化.结果表明:转子叶片在气动力和离心惯性力共同作用下的弹性变形以扭转变形为主,气动力对叶尖前缘变形量的影响可达总变形量的20%.转子叶片变形后通道流通能力增强,气动特性曲线向大流量方向偏移.     

转子与定子碰摩的非线性动力学研究

转子与定子碰摩的动力学行为及其与系统参数关系对旋转机械设计和安全运行至关重要. 转子/定子碰摩系统是一类多参数控制的高维非光滑强非线性系统, 其动力学行为非常复杂. 本文主要从动力学与控制的角度对过去半个世纪有关转子与定子碰摩的研究成果进行归纳和总结, 其目的在于帮助读者尽可能全面系统地了解该问题的研究现状, 提炼尚待解决的问题, 以求推动转子与定子碰摩研究的进一步深入, 并为解决实际问题提供帮助. 本文将首先从碰摩局部模型和碰摩系统模型两个方面对已有的转子/定子碰摩系统的建模进行了简单的划分和归类. 其次, 以典型碰摩非线性响应为主线, 分别介绍了有关同频碰摩响应、谐波周期碰摩响应、准周期局部碰摩响应、干摩擦自激反向全周涡动响应、碰摩的全局响应行为以及碰摩响应的分岔与混沌方面的研究成果. 接下来讨论了在主被动抑制碰摩振动方面取得的结果. 最后, 给出结论并提出有待进一步研究的问题.     

两关节压力驱动柔性仿生机器鱼的设计与仿真

为研究设计一种柔软度高、环境适应性强的新型仿生机器鱼, 模仿鲨鱼外形及鲔科鱼类的游动姿态, 设计了一种采用液压柔性驱动结构的仿生机器鱼. 针对单关节液压驱动柔性机器鱼存在其C型摆动姿态不符合鲔科鱼类摆动规律的问题, 采用两关节液压柔性驱动模拟鱼类S型摆动, 并根据液压柔性驱动器原理设计仿生鱼的内部结构. 依据理论波动方程确定机器鱼的摆动幅值, 借助数值模拟计算施加在柔性驱动器内部的压强载荷大小, 并分析计算液压柔性驱动器的驱动效率. 应用有限元分析软件模拟仿生鱼在流体中的自主游动过程, 并将两关节机器鱼与单关节机器鱼的自主巡游过程进行对比仿真, 获得两种机器鱼在流体中自主巡游时的运动姿态、游动速度及流场情况. 结果表明, 在相同的频率与尾鳍摆幅下, 两关节柔性机器鱼的巡游平均速度为0.29 BL/s (BL为鱼体体长), 高于单关节机器鱼巡游平均速度0.15 BL/s, 且由速度矢量图可得出两关节仿生鱼的S型摆动姿态更接近真实鱼类摆动规律, 并在运动过程中会产生一系列离散的反向卡门涡街, 推进效率高.      

两关节压力驱动柔性仿生机器鱼的设计与仿真

为研究设计一种柔软度高、环境适应性强的新型仿生机器鱼,模仿鲨鱼外形及鲔科鱼类的游动姿态,设计了一种采用液压柔性驱动结构的仿生机器鱼.针对单关节液压驱动柔性机器鱼存在其C型摆动姿态不符合鲔科鱼类摆动规律的问题,采用两关节液压柔性驱动模拟鱼类S型摆动,并根据液压柔性驱动器原理设计仿生鱼的内部结构.依据理论波动方程确定机器鱼的摆动幅值,借助数值模拟计算施加在柔性驱动器内部的压强载荷大小,并分析计算液压柔性驱动器的驱动效率.应用有限元分析软件模拟仿生鱼在流体中的自主游动过程,并将两关节机器鱼与单关节机器鱼的自主巡游过程进行对比仿真,获得两种机器鱼在流体中自主巡游时的运动姿态、游动速度及流场情况.结果表明,在相同的频率与尾鳍摆幅下,两关节柔性机器鱼的巡游平均速度为0.29 BL/s(BL为鱼体体长),高于单关节机器鱼巡游平均速度0.15 BL/s,且由速度矢量图可得出两关节仿生鱼的S型摆动姿态更接近真实鱼类摆动规律,并在运动过程中会产生一系列离散的反向卡门涡街,推进效率高.