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.     

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.     

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。     

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。     

带裂纹的转子--支承系统的振动特性

本文在[1]的基础上,提出一种更为精确的振动轴横向裂纹的力学模型,建立了含有多个不同方位、不同尺寸横向裂纹的转子横向振动方程式.修正了Newmark 数值积分方法,对建立的非线性微分方程组进行直接积分,得出了一些十分有意义的结论,很好地解释了国外一些有关论文之间的矛盾,并为裂纹振动监测提供了可能性....     

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。     

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．     

转子-叶片干摩擦耦合系统的稳态和非稳态振动

本文用数值方法研究转子扭振-叶片弯曲振动等效系统的稳态和非稳态响应。叶片受气流周期激励力作用，与转轴通过平台干摩擦阻尼器相连，干摩擦力采用光滑模型计算。分析扭振和弯曲振动的固有频率具有1：1和1：3两种比值情况（内共振关系）的振动表明，系统不仅存在两个主共振，由于干摩擦力的非线性特点，还存在超谐和亚谐共振状况。由于阻尼器的引入，耦合系统的主共振频率点既可能升高（1：1情况），也可能降低（1：3情况），这是耦合系统中阻尼器的调频特点，在升速的非稳态响应中，主共振和超、亚谐共振幅值将会降低．而共振点一般会出现延迟现象，但也有某些共振点有所提前（1：3情况），因此存在内共振条件的干摩擦系统，具有丰富和复杂的振动现象。     

一种确定非线性裂纹转子解的形式的新方法

将小波变换与Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射相结合，即用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射确定周期解，用谐波小波变换区分拟周期响应和混沌运动，提出了一种分析非线性裂纹转子系统解的形式随参数变化的新方法．结果表明这种方法是非常有效的，它比以前所用的计算Ｌｉａｐｕｎｏｖ指数的方法节约了计算时间，并且较易实施．     

耦合故障转子系统中裂纹信息的诊断

旋转机械中,当裂纹与其他故障并存形成耦合故障时,裂纹信息往往被其他故障的信息所掩盖,从而难以从信号特征上诊断出裂纹故障。利用裂纹故障引起的等效外加弯矩特性,采用基于模型的故障诊断方法,可以诊断出耦合故障中的裂纹故障信息。以两种最常见的耦合故障—裂纹碰摩耦合故障、裂纹松动耦合故障为例,采用基于模型的诊断方法诊断耦合故障中的裂纹信息,取得了比较好的效果,并进行试验来验证理论结果。     

带边缘斜裂纹橡胶板的裂纹扩展研究

应用断裂力学的方法分析了带有初始斜裂纹的二维橡胶板在简单拉伸下的裂纹扩展特性. 应用ABAQUS有限元软件建立了二维橡胶板的有限元模型,计算出倾角为0$^\circ$, 15$^\circ$, 30$^\circ$, 45$^\circ$ 和60$^\circ$的边缘斜裂纹橡胶板拉伸试件沿不同方向的$J$积分,得出橡胶板的裂纹扩展方向. 通过有限元分析得出橡胶板并非沿着初始裂纹方向扩展而是与初始裂纹方向呈一夹角,且随着裂纹倾角的增大裂纹扩展方向和初始裂纹方向的夹角逐渐减小.     

推力轴承各耦合动特性系数对转子横向振动状态的贡献

系统地研究了推力轴承各耦合动特性系数对转子横向振动状态的贡献。计算结果表明，推力轴承对转子横向振动状态的影响主要由推力盘摆动而产生的耦合动特性系数所决定，而由平动所产生的耦合动特性系数对转子振动状态影响的贡献很小，可以忽略。     

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。     

裂纹转子分岔、混沌行为研究

分析非线性涡动中裂纹转子在裂纹存在和裂纹扩展两种情形下的典型非线性动力学行为--混沌和分岔现象.在2/3倍临界转速区,裂纹深度浅于R/2的裂纹转子有分岔和拟周期响应出现;深度超过R/2的裂纹转子会出现分岔及混沌现象.裂纹角β对这些非线性动力学行为有很大影响.     

任意圈层径向非均质土中桩的纵向振动特性

研究三维轴对称条件下径向非均质土中桩的纵向振动. 首先将桩周土体沿径向分为任意圈层来考虑土体的径向非均质性,每个圈层土体均质; 然后结合边界条件和相邻圈层土体之间接触面上位移和应力连续条件,对任意圈层土体动力平衡方程由外而内逐层求解,进而利用桩-土完全耦合条件求解桩动力平衡方程,得到桩顶的频域响应解析解和时域响应半解析解; 最后通过对土体主要控制参数的研究,得出了土体径向非均匀性对桩-土动力响应的影响.      

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.     

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。     

轴对称转子的质量不平衡力导致的非线性振动现象

本文从理论和实验的角度提出,轴对称转子在不平衡离心力的作用下,满足特定的转速条件时,将有可能发生弯曲振动和扭转振动之间的相互耦合而导致的非线性振动现象。这是一种不同于油膜涡动的非线性现象,尽管转子弯曲振动含有半频涡动成分。