复杂非线性转子—轴承系统动力特性数值分析

研究非线性高维复杂转子－轴承系统的动力特性。针对系统的局部非线性特征,给出了一种降阶及配套动力积分方法。降阶系统仍保持局部非线性特征,非线性响应数值积分所需的迭代只需在局部非线性的维数上执行。对于油膜力无封闭解的实际轴承,采用变分不等方程有限元法求解Reynolds边值问题,使得油膜力及其Jacobian矩阵的计算变得非常简单明了且与具有协调一致的精度。应用上述方法计算分析了一双跨、椭圆轴承－转子系统的不平衡响应,数值结果展现了系统丰富复杂的非线性现象。     

轴承-转子系统Hopf分叉及其后动力学行为研究

采用长轴承解析模型研究滑动轴承支承的平衡单盘柔性转子-轴承系统的自激振动,把结合打靶法的延续算法应用于柔性平衡转子-轴承系统Hopf分叉后周期解的追踪和求解上,基于Floquet理论对周期解的稳定性加以分析.通过持续追踪周期解频率变化并与失稳固有频率进行对比,分析了自激锁相现象,研究了非线性油膜力自激源对系统的作用机理.运用Poincare映射、分叉图、及Lyapnov指数对周期解分叉、混沌及进入和脱离混沌的过程进行了分析.     

非线性动力系统全局分析的变胞胞映射法与转子／轴承系统的全局稳定性

在Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射及胞映理论的基础上，提出了一种非线性动力系统全局分析的新方法－－变胞胞映射法，这种新方法改变了原胞映射法中胞在胞空间分布的不合理性及运算逻辑的不合理性，更适用于高维、大求解域非线性动力系统的求解。应用此方法，对具有非线性油膜力的Ｊｅｆｆｃｏｔ转子轴承系统进行了全局分析，绘制了系统分岔后的全局吸引域图，解释了一些工程中常见的非线性现象。     

推力轴承热稳定性非线性分析及周期稳态解的全局特性研究

建立了考虑瞬态油膜压力影响的热稳定性分析模型 ,用求解系统周期解分岔的 PNF法对推力轴承系统的热稳定性进行了研究 ,结合 Poincare映射与胞映射法思想 ,提出了用于分析系统周期稳态解全局特性的数值计算 PCM方法 ,并对推力轴承热系统周期稳态解的全局特性进行了考察     

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。     

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。     

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.      

非线性轴承转子系统稳定性准则的研究

目前对于非线性轴承转子系统，仍普遍采用其线性化系统的对数衰减率作为系统的稳定性判据，这造成了理论和实验结果相差较大。本文对［１］中提出的ＰＣＭ法作了改进，通过对无限长滑动轴承支承对称刚性单盘转子系统的非线性稳定性规律进行的分析，揭示了上述现象的非线性本质，为建立更适用于非线性轴承转子系统的稳定性准则提供参考。     

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。     

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.      

非线性系统全局动态特性分析的PCM法及其在转子轴承系统中的应用

本文将Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射的思想与胞映射法相结合，提出了可用于高维非线性动力系统全局稳定性分析的新型数值方法：ＰＣＭ（Ｐｏｉｎｃａｒｅ－Ｃｅｌｌ－Ｍａｐｐｉｎｇ）法，和胞映射法相比，新方法在实用上具有明显的优点。为说明ＰＣＭ法的有效性，本文应用此方法对平衡转子轴承非线性动力系统进行了全局稳定性分析，同时给出了一确定状态空间中存在的所有周期解及其吸引域。     

A numerical method on estimation of stable regions of rotor systems supported on lubricated bearings

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｈｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｌａｒｇｅｒｏｔａｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｒｙ ,ｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｗｈｅｔｈｅｒｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔａｂｌｅｍｕｓｔｂｅｓｏｌｖｅｄ ,ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｒｅｇｉｏｎｏｆａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｎｅｅｄｔｏｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ .Ｗｈｅｎｔ→∞ ,ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｉｔｈｉｎｓｕｃｈｒｅ…     

Effects of axial preload of ball bearing on the nonlinear dynamic characteristics of a rotor-bearing system

This research studies the effects of axial preload on nonlinear dynamic characteristics of a flexible rotor supported by angular contact ball bearings. A dynamic model of ball bearings is improved for modeling a five-degree-of-freedom rotor bearing system. The predicted results are in good agreement with prior experimental data, thus validating the proposed model. With or without considering unbalanced forces, the Floquet theory is employed to investigate the bifurcation and stability of system periodic solution. With the aid of Poincarè maps and frequency response, the unstable motion of system is analyzed in detail. Results show that the effects of axial preload applied to ball bearings on system dynamic characteristics are significant. The unstable periodic solution of a balanced rotor bearing system can be avoided when the applied axial preload is sufficient. The bifurcation margins of an unbalanced rotor bearing system enhance markedly as the axial preload increases and relates to system resonance speed.     

PMUCR方法在高维非线性动力学系统中的应用

对现有的若干种胞映射方法应用于高维非线性动力学系统全局分析时存在的局限性进行了分析,在此基础上,提出了胞映射方法应用于高维系统时需遵循的几个原则:选择合适的分析平面;减少数据量;确定吸引子在相空间中的位置。根据这些原则,对胞参考点映射法(PMUCR)进行了改进,并对该改进方法应用于2维系统和4维系统时消耗的相对CPU时间进行了比较,结果表明,该改进方法能有效地应用于高维非线性动力学系统中。最后以船舶机械非线性隔振系统为例,分别分析了该改进方法在系统呈现周期运动和混沌运动时的应用。     

Nonlinear dynamic analysis of a rotor system with fixed-tilting-pad self-acting gas-lubricated bearings support

Based on the nonlinear theory, the unbalanced responses of a fixed-tilting-pad gas-lubricated journal bearing-rigid rotor system are investigated. A?time-dependent mathematical model is established to describe the pressure distribution of gas-lubricated journal bearing with nonlinearity. The rigid rotor supported by a fixed-tilting-pad self-acting gas-lubricated journal bearing is modeled. The differential transformation method has been employed to solve the time-dependent gas-lubricated Reynolds equation, and the dynamic motion equation has been solved by the direct integral method. The unbalanced responses of the rotor system supported by fixed-tilting-pad gas-lubricated journal bearings are analyzed by the orbit diagram, Poincaré map, time series, and spectrum diagram. The numerical results reveal periodic, period-3, and quasiperiodic motions of nonlinear behaviors of the system. Finally, the effects of pivot ratio and preload coefficient on the nonlinear dynamic characteristics of the fixed-tilting-pad self-acting gas-lubricated journal bearing-rotor system are investigated.     

Application of a hybrid numerical method to the bifurcation analysis of a rigid rotor supported by a spherical gas journal bearing system

The nonlinear dynamic behavior of a rigid rotor supported by a spherical gas journal bearing system is analyzed using a hybrid method combining the differential transformation method (DTM) and the finite difference method (FDM). The analytical results reveal that the bearing system has a complex dynamic behavior comprising periodic, subharmonic, and quasi-periodic responses of the rotor center. The evolution in the dynamic behavior of the bearing system is systematically examined as the rotor mass and bearing number are increased. The analytical results are found to be in good agreement with those of other numerical methods. Hence, the validity of the proposed hybrid method as a means of gaining insights into the nonlinear dynamics of spherical gas film rotor-bearing systems is confirmed.     

非线性动力系统多重周期解的伪不动点追踪法

提出一种求解非线性动力系统多重周期解的新的思路和方法（伪不动点追踪法）;这一方法由寻找非线性动力系统同时存在的各个周期解间的联系入手;引入一个反映系统全局瞬态信息的标量函数,将非线性动力系统求各个周期解的问题转化为此标量函数的寻优问题．文中以布鲁塞尔振子及轴承转子系统为例。顺序求得了Ｔ,３Ｔ,４Ｔ,…周期解,从而得到了一些新的现象和结论     

Application of Cell Mapping methods to a discontinuous dynamic system

The Cell Mapping method is a robust tool for investigating nonlinear dynamic systems. It is capable of finding the attractors and corresponding basins of attraction of a system under investigation. To investigate the applicability of the Cell Mapping method to discontinuous systems, a forced zero-stiffness impact oscillator is chosen as an application. The numerical integration algorithm, the basic element in the Cell Mapping method, is adjusted to overcome the discontinuity. Four types of Cell Mapping techniques are applied: Simple Cell Mapping, Generalized Cell Mapping, Interpolated Cell Mapping, and Mixed Cell Mapping. The last type is a new modification to existing types. Each type of Cell Mapping is briefly explained. The results are compared to the exact solutions. The Interpolated Cell Mapping and Mixed Cell Mapping methods are found to produce the most accurate results for this case.