非线性呼吸行为对带横向裂纹Jeffcott转子稳定性的影响

在分析现有力学模型局限性的基础上,考虑转子在失稳转速附近复杂的涡动状态,构建了不依赖于重力占优假设的含横向裂纹的Jeffcott转子的通用运动方程和一种拟合的裂纹呼吸模型。根据Floquet稳定性理论,用打靶法分析了该裂纹转子模型运动的稳定性。结果表明,刚度相对变化量、系统阻尼、裂纹相位角等系统参数对模型的运动稳定性都有较大影响,特别是裂纹相位角对稳定性的影响很复杂;在临界转速附近,裂纹的非线性呼吸行为可以提高转子的稳定性,且改变了失稳发散的行为;在亚临界转速附近,裂纹的非线性呼吸行为会降低转子的稳定性,使周期运动发生结构失稳。     

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。     

裂纹转子的振动响应研究

本文研究了裂纹转子的振动响应。文章首先通过应力强度因子积分得到含裂纹轴单元的刚度矩阵；建立了裂纹转子的运动微分方程。进而研究了裂纹转子的振动响应，得出了裂纹转子的振动响应随裂纹位置和深度的变化关系。为工程上早期诊断微小裂纹提供了理论根据。     

Jeffcott转子油膜稳定的定性分析

基于Ｍｕｓｓｙｎｓｋａ刚性转子模型,对转子涡动的稳定性进行了分析研究,采用首次近似方程判断了转子涡动方程零解与极限坏的稳定性,确定了转子运动的稳定性条件,在极坐标系下首次给出了用三个状态方程表示的转子轴际系统的简捷方程。     

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。     

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.      

液体边界层对平板结构振动阻尼效应分析

本文分析了液体边界层对平板振动的阻尼效应，基于液体的Stokes边界层理论，建立了考虑液体边界层阻尼效应的平板振动单自由度系统运动方程，利用Laplace变换方法求解了运动方程，得到了平板结构的位移响应解答，制作了一个单自由度质量-弹簧系统来测量水体粘滞阻尼效应，并将理论与试验结果进行了对比分析，表明Stokes边界层理论能较好模拟水体的粘滞阻尼特性，边界层阻尼明显减小了结构的动力响应，本文最后讨论了所提的分析方法的适用范围．     

叶片-转子-轴承系统的非线性动力学问题研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础,研究了在油膜力作用下,叶片和转轴耦合振动系统的动力学行为。为分析叶片的惯性影响,将叶片模化为单摆模型。采用Runge-Kutta数值方法求解了耦合系统的振动方程,并利用分岔图、Lyapunov指数图、Poincar啨映射图和频谱图等分析了系统的稳定性。分析结果表明,当转速变化时,系统响应会出现倍周期、拟周期和混沌运动等现象,在此基础上分析了叶片长度的变化对该系统非线性动力学行为的影响。     

非线性转子动力学的稳定性和分岔

大型高速转子的工作转速往往超过其第一阶临界转速，咽而需要考虑系统的非线性刚度和转轴材料的内阻尼对轴振动特性的影响。本文研究非线性围各阶共振点（临界转速）时的稳定性，并应用奇异性理论拱皋地转轴的定常运动（同步涡动）和自激振动（非同步涡动）周期响应的分岔。本文的结论不仅揭示了非线性转子丰富的动力学形为，对对大型高速转子的稳定性控制有一定参考价值。     

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。     

充液或部分充液转子的动力稳定性

本文讨论了具有内外阻尼的高速充液转子的动力稳定性。首先通过对旋转流体的平面流场的求解，导出充液转子作简谐运动时流体对转子的动压力，由此导出转子的运动方程；讨论了充液转子的动力稳定性，给出了稳定性解析判据和稳定性边界。结果表明，存在转速门槛值，低于该转速时，充液转子可存在稳定区；当高于该转速时，系统永远失稳，这一结论复盖了已有文献的结果。     

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。     

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,     

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。     

轴承-转子系统在基础运动作用时的非线性分析

轴承-转子系统的非线性特性及其在基础运动作用时的响应,是离心机设备设计阶段必须考虑的。本文使用简化的多自由度转子模型进行模拟分析,运动方程考虑了非线性的油膜润滑轴承模型。应用自适应时间步长的Runge-Kutta-Felburg法求解微分运动方程组,将人造的正弦波加速度作为基础运动输入系统,使用Poincaré图、分岔图和瀑布图分别考察了垂直放置转子在有无基础运动作用时的动力学性质。快速傅里叶变换在频域内揭示了转动频率与基础振动频率之间的组合共振现象。计算的结果不仅给出了泵转子自身的非线性性质,也展示了泵转子在基础运动作用时的组合共振。     

一种估算外弹性阻尼支承最佳参数的方法

设计参数合理的外弹性阻尼支承可以明显改善轴承－转子系统的固有特性及强迫振动响应。文中以滑动轴承支承的单质量转子系统不平衡响应计算为例，介绍了一种估算外弹性阻尼支承最佳参数的新方法——虚设振幅逆解法，并取得了良好的效果。研究结果表明，按照该方法选择弹性阻尼支承最佳参数是合理有效的，并使系统减振要求与改善系统传递力特性和系统的稳定性得到了内在统一。     

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。     

挤压油膜阻尼在储能飞轮转子支承系统中应用研究

在飞轮储能系统实验研究中,利用永磁轴承-螺旋槽流体动压锥轴承的混合支承,并采用了挤压油膜阻尼为转子支承系统提供阻尼。基于流体润滑理论的雷诺方程和长轴承近似理论,推导出一端封闭、一端开口边界的挤压油膜的压力分布近似解析解,得到等效油膜刚度和阻尼系数。最后对比分析了飞轮转子支承系统不平衡响应的计算与试验结果。     

具有封严蓖齿转子系统的动力稳定性分析

封严蓖齿的气弹力对转子系统的稳定性起重要作用，本文建立了具有封严蓖齿的转子系统动力稳定性的分析方法，该方法利用传递矩阵法建立系统的主导方程，将封严蓖齿的气弹力以等效刚度及等效阻尼系数的方式引入转子系统的主导方程，用数值积分法解主导方程，求得系统的动力特性，根据扰动解判断系统的稳定性。本文所建立的分析软件，也可计算转子系统的不平衡响应、临界转速、突加不平衡响应等。文中对一模型转子进行了算例分析。