基于Hertz接触理论的转子碰摩模型

对转子系统转、定子碰摩故障的过程进行了研究，建立了一个基于Hertz接触理论的转子非线性碰摩模型。通过对不同碰摩模型进行理论分析及数值仿真的对比研究表明：基于Hertz接触理论的非线性碰摩模型能更深刻地反映转、定子碰摩过程的本质特征，具有较好的实用价值。     

碰摩转子系统的非光滑分析

通过建立转子系统碰摩的Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射,将对非光滑碰摩系统的研究转化为对Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射的分析,文中主要对转子碰摩当中一类特殊的运动形式－单点碰摩下的擦边现象者了详细研究。从序列的极限理论出发分析了该映射的周期不动点的稳定性及其吸引域,得到了转子系统在接近擦边运动时解随系统参数变化的分岔情形。     

非线性刚度不平衡转子径向碰摩动力学研究

以线性项和立方项之和来表示转轴材料的物理非线性因素,建立了考虑非线性油膜力和非线性刚度的轴转子系统的动力学模型,利用数值积分法对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了研究,发现此类非线性振动系统具有倍周期分岔、拟周期和混沌等复杂的动力学行为,为此类系统的安全运行和有效识别转子故障提供了理论参考。     

转子/定子碰摩响应的全局动力学特性研究

在不考虑自重的转子系统全局碰摩动力响应特性的解析分析基础上,应用数值分析方法,研究了考虑自重的转子系统的全局碰摩动力响应特性。通过大量的数值计算得到了不同参数平面内、不同碰摩响应的稳定区域图。研究表明重力引起的静变形与偏心距之比是决定转子的碰摩响应的变化大小的重要参数,比值越大,转子碰摩响应较不考虑自重的转子碰摩响应的变化越大,会出现多种复杂的响应和共存现象。本研究有助于认清系统参数相互作用对出现不同碰摩响应序列的影响。     

弹性转子实验台的响应分析

建立了考虑轴承和隔振垫弹性的非对称支承转子实验台系统的非线性动力学碰摩模型, 应用数值分析的方法对其进行研究. 以转速为分叉参数,结合Poincar\'{e}截面和自相关函数图等, 分析隔振垫刚度对系统分叉与混沌动力学行为的影响. 分析结果表明, 隔振垫刚度对系统动力学行为有较大影响, 系统通向混沌的道路主要是阵发性分叉和倍周期分叉. 实验分析所得到的系统运动性质与数值模拟结果一致.     

转子—轴承系统发生动静件碰摩时的混沌路径

分析了一个由油膜轴承支承的转子系统在发生动静件碰摩时的振动特性。转子转速与不平衡量被用来作为控制参数以研究进入和离开混沌区域的各种路径以及系统的各种形式的周期、拟周期与混沌运动。结果证明碰摩转子系统在进入和离开混沌区域时可经由倍周期分岔、阵发性和拟周期路径，以及一种由周期运动直接到混沌状态的突发路径。     

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.     

考虑定子质量和碰摩面刚度的转子/定子系统碰摩响应的全局动力学特性研究

对考虑定子质量和碰撞面刚度的四自由度转子/定子模型的全局响应特性进行了研究。首先,通过解析方法确定了无碰摩响应的边界,然后,求解了同频全周碰摩解并进行了稳定性分析得到了同频全周碰摩响应的区域。在此基础上,利用非线性动力学分析的数值方法,确定了准周期局部碰摩与反向涡动失稳的边界,由此得出了参数平面内的不同碰摩响应的稳定区域图。进而研究了定子与转子质量比和碰撞面刚度对碰摩全局响应特性的影响,得到了不同碰摩响应共存及随系统参数变化的典型全局响应分岔图。     

基于混杂双稳定层合板的准零刚度隔振装置

准零刚度隔振装置(quasi-zero stiffness,QZS)在其平衡位置处的刚度接近于零,能够有效地隔离加速度幅值较低的微振动.因此,准零刚度隔振装置在卫星等航天器结构的微振动抑制领域有较好的应用前景.准零刚度隔振装置通常由正刚度部件及负刚度部件并联而成.在众多准零刚度隔振装置概念中,负刚度部件通常需要多个弹性部件及特定约束边界形成负刚度特性,导致准零刚度隔振装置的整体质量及体积相对较大.然而,航天器结构对隔振装置的质量特性及安装空间提出较高要求,因此需开发新型准零刚度隔振装置,降低隔振装置的质量及体积以满足航天器结构的使用要求.本文提出了一种基于混杂双稳定复合材料层合板的准零刚度隔振装置.通过利用混杂双稳定复合材料层合板自身的负刚度特性,降低了准零刚度隔振装置的结构复杂程度.本文对提出的准零刚度隔振装置的力学原理进行说明,对其隔振效果进行了仿真分析,并进行了隔振效果验证试验.隔振试验表明,准零刚度隔振装置的振动传递率曲线不再具有峰值,其实际振动传递率低于具有相同正刚度的线性隔振系统.基于试验及仿真分析结果,本文对隔振装置隔振性能的影响因素进行了分析讨论.分析结果显示,隔震装置中线性弹簧刚度与双稳定层合板负刚度之间的差异以及微小装配误差将导致隔振装置的隔振效果出现降低.      

含机械调频式动力吸振器的准零刚度隔振系统隔振性能分析

基于动力吸振器原理,在单自由度准零刚度隔振器基础上耦合可调频动力吸振器构成两自由度隔振系统.首先,对动力吸振器工作原理进行理论分析并提出其力学模型;其次,通过静力学分析,推导出系统满足零刚度条件时,各参数间的关系并分析其对系统刚度特性的影响;然后,建立两自由度隔振系统非线性动力学方程,利用谐波平衡法进行幅频响应解析分析,得到力传递率表达式;最后,数值分析动力吸振器阻尼、刚度、质量、激励力幅值和弹簧片有效长度对力传递率的影响规律,并与单自由度准零刚度隔振系统及两自由度线性隔振系统对比分析.结果表明:通过选择适当的动力吸振器参数不仅可以减小系统的起始隔振频率,增宽隔振频带,且还能加快系统力传递率在特定频段内的衰减速率,改善系统的低频隔振性能,实现激励频率的可适应性.     

微动诱发的触点电接触间歇失效现象研究

金属触点是电气电子工程领域中导通电流、传递信号的关键,机械振动应力环境产生的微动将使系统的电接触性能逐步退化,并诱发触点间发生间歇失效现象.借助电动振动台设计了触点微动磨损测试分析系统,以铜镀金触点为研究对象,获得了接触电阻全寿命周期内的退化过程.结合接触电阻与SEM/EDX分析结果确定了微动频率、微动幅值对触点磨损发生间歇失效的条件及电接触间歇失效机理.     

The mechanism of stiffness increase phenomenon of a rubbing disk

The phase characteristic of a disk rubbing with a ring supported elastically is investigated and used to explain the mechanism of stiffness increase phenomenon. As long as the rubbing is maintained, the averaged phase difference between the disk and the rotating mass on the disk is defi- nitely less than π/2. When the rubbing finishes, the phase difference quickly approaches to 7r. This behavior is inde- pendent of the physics parameters of the rubbing system. The theoretical results are qualitatively verified with experiments.     

异步进动转子与限位器碰摩试验

利用限位器来限制储能飞轮实验转子的大幅度低频异步进动,设计了转子与限位器碰摩试验装置,研究转子的碰摩振动。分析了转子内表面碰摩力对转子运动的影响。转子与内置式限位器发生稳定的局部碰摩时,转子低频进动幅值不再增加,转子自转速度保持不变。碰摩转子的强迫振动在时域及频域都表现出了复杂性,碰摩冲击作为宽频激励,能够激励出转子-支承系统的第二模态正向进动。     

纳米尺度下烷烃润滑薄膜分层现象和速度滑移机制的分子模拟研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度下十六烷润滑薄膜的分层现象和速度滑移现象,重点考察了剪切速度对速度滑移现象的影响规律,并对其中的微观机理作出了解释.研究结果表明:在铁壁面的限制情况下润滑薄膜出现了分层现象,当润滑薄膜厚度超过50?时,其中间区域呈现出体相均质流体的特征.润滑薄膜层间滑移和界面滑移的临界剪切速度分别为5.5和7.5?/ps,随着剪切速度增加,界面滑移程度增强,而层间滑移程度减弱.润滑薄膜第1和2层十六烷分子层间桥接分子数目决定层间滑移程度,随着剪切速度增加,桥接分子数目也相应增多,层间滑移程度随之减弱.     

随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统不定动力参数实验识别

识别出随机变刚度电磁支撑-转子-轴承系统的不定动力参数是实验研究随机支撑刚度参数转子动力学问题的前提。为此,基于Riccati传递矩阵法的相关理论和计算程序,结合电磁支撑-转子-轴承系统各种工况下的一阶固有频率实测值,对转子系统的不定动力参数进行了识别,给出转轴轴套、联轴器等附件对转子刚度加强作用的具体数值,以及滑动轴承的支撑刚度和扭转刚度参数值。将这些数据代入到转子动力学理论模型中,得到相同工况下两测点振型幅值比值的理论值,并与实验值进行了比较。结果表明:各测点振型幅值比值的理论值和实验值之间的偏差小于5%,说明转子系统不定动力参数识别结果的精度和准确度完全满足实验研究的要求。     

非线性碰摩力对碰摩转子分叉与混沌行为的影响

研究了具有非线性碰摩力的转子局部碰摩的分叉与混沌运动,利用计算机仿真对某发动机转子的碰摩故障进行了数值模拟,讨论了转子系统参数的变化对转子混池运动状态的影响,并与碰摩实验结果进行了比较,发现了具有非线性碰摩力的转子局部碰摩转子系统的各种多周期运动和混沌运动及其演变过程。     

Investigation on dynamic characteristics of a rod fastening rotor-bearing coupling system with fixed-point rubbing

The aim of this paper is to gain insight into the nonlinear vibration feature of a dynamic model of a gas turbine. First, a rod fastening rotor-bearing coupling model with fixed-point rubbing is proposed, where the fractal theory and the finite element method are utilized. For contact analysis, a novel contact force model is introduced in this paper. Meanwhile, the Coulomb model is adopted to expound the friction characteristics. Second, the governing equations of motion of the rotor system are numerically solved, and the nonlinear dynamic characteristics are analyzed in terms of the bifurcation diagram, Poincaré map, and time history. Third, the potential effects provided by contact degree of joint interface, distribution position, and amount of contact layer are discussed in detail. Finally, the contrast analysis between the integral rotor and the rod fastening rotor is conducted under the condition of fixed-point rubbing.

     

非线性转子的低频振动失稳机理分析

包括两部分内容：１）材料内阻作用下转子自激振动的局部分岔分析；２）考虑湍流因素的滑动轴承油膜力作用下转子轴承系统油膜失稳机理的全面分析。结果表明，非线性转子的自激振动表现出复杂的动力学现象，这些低频振动现象的揭示，为工程上转子故障的识别和预防提供了理论依据。