非线性转子系统的碰摩动力学研究

本文综述国家自然科学基金“九五”重大项目“大型旋转机械非线性动力学问题”的北航子项目组在转子碰摩动力学的近年研究成果，从建模、动力学分析和控制等方面进行初步总结。     

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。     

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。     

挠性转子系统碰摩故障传播特性的实验研究

研究了柔性联接的双跨度挠性转子发生碰摩时系统的响应征兆;将振动信号的快速付立叶变换(FFT)幅值谱阵列和轴心轨迹设置为特征参量,对不同截面和2个相互垂直方位的碰摩特征进行了对比.结果表明:碰摩故障在转子间具有传播能力,靠近碰摩部位的响应强度最大;碰摩的典型特征表现为FFT谱中1X分量幅值增大,并出现2X、3X、4X谐波分量;轴心轨迹形状显示出碰摩作用点的截面方位信息;最典型征兆表现为碰摩响应的1X分量所对应的频率坐标降低,其降低幅度与碰摩的程度相关.     

油膜支承转子系统动静件碰摩特征分析

以支承在油膜轴承上的Jeffcott转子为对象，分析了油膜力对碰摩转子动力学行为的影响。通过与刚支情形对比，发现油膜力是耦合作用于碰摩转子系统，有时能够抑制振动，有时却加剧振动。因此实际转子碰摩故障诊断过程中，必须在充分考虑支承情况的基础上建立合理的非线性动力学模型，才能为实际转子系统的碰摩故障分析提供必要的理论依据。     

非线性弹性支承转子系统动力特性分析

本文把非线性弹性支承简化为带变刚度、变阻尼元件的 Kelvin 模型,并用子结构传递矩阵法分析配有这类支承的转子系统的动力特性.     

非线性弹性支承转子系统动力特性分析

本文把非线性弹性支承简化为带变刚度、变阻尼元件的Kelvin 模型,并用子结构传递矩阵法分析具有这类支承的转子系统的动力特性.     

碰摩转子映射系统的延迟反馈混沌控制

将转子的碰摩映射在擦边轨道附近进行局部化,并通过实验数据去拟合局部映射,然后采用变量延迟反馈控制法对该系统进行控制.通过选取合适的控制增益,将转子系统的碰摩运动镇定到周期1转道上,从而实现对碰摩转子系统混沌运动的控制.     

弹性支承有间隙的复合转子系统的混沌特性

用近代非线性动力学理论分析了支承有间隙的调整对对称刚性复合转子系统的复杂运动,用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图、Poincare映射图和分岔图,讨论了转速变化时出现的周期、倍周期、拟周期和混沌运动,分析结果为定性地改善转子系统的稳定运动状态提供了理论依据。     

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。     

偏心量对轴向碰摩系统弯扭耦合非线性振动特性影响的分析

对偏心量改变导致的轴向碰摩系统的弯扭耦合非线性振动特性的变化进行了初步研究。建立了转静子耦合系统计算模型,利用数值积分和Poincare映射方法,对转子系统由于轴向碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,给出了系统响应随偏心量变化的分岔图和一些典型的Poincare截面图、相轨图、轴心轨迹、幅值谱图和时域响应等。研究结果表明:偏心量是激起碰摩的一个主要因素,且系统响应对偏心量的变化比较敏感,随偏心量的增加,系统的响应将呈复杂化;碰摩发生后,振动响应的主要成分为1/3、1/2、2/3和1倍频,但各成分的存在与否与偏心量大小有关,有时会导致高阶频率成分的出现;碰摩发生后时域波形和轴心轨迹有明显的改变;分岔图是判别系统是否碰摩的有效工具;转、静子的扭转振动响应,对碰摩的发生和消失表现得更为明晰和精确,且其特征也不同于已知的其它故障类别,尤其是静子机匣,故应用扭转振动特性来监测和诊断碰摩故障是可取的;依据单一的振动谱图分析系统的特征较为困难,甚至有可能误判,因此应结合几种谱图综合判断。     

外弹性支承滑动轴承—刚性转子系统非线性动力稳定性的研究

研究外弹性支承滑动轴承－刚性转子系统的动力稳定性问题。建立了弹性支承圆瓦轴承－Jeffcot转子系统的力学模型,针对滑动轴承水平转子,在油膜力非线性的情况下,采用Newmark方法计算其响应。对于一个具体的算例,通过改变其参数,确定其稳定区,并与滑膜力线性化时理论分析的结果进行了比较。     

考虑弯扭耦合作用的转子-挤压油膜阻尼器系统的碰摩响应特性分析

研究了支承在挤压油膜阻尼器上的Jeffcott转子系统的转静件碰摩的弯扭耦合振动特性。建立了系统运动方程，分析了各参数对系统响应的影响。仿真计算结果表明碰摩刚度对系统响应的影响十分明显，增大碰摩刚度更容易使系统响应的周期解失稳；不平衡参数增大，导致系统响应的振动幅度增大，系统更容易出现碰摩现象，进而导致系统周期解失稳；随着扭转刚度的增大，扭转角度变化幅度与快慢均发生变化，在刚度较低时，扭转角变化幅度随时间变化较慢；随着扭转刚度的增大，扭转角幅度变化明显加快；当扭转刚度继续增大，扭转角的幅度变化反而变慢。研究发现，系统响应具有两条通向混沌的道路，即阵发性通向混沌的道路和拟周期通向混沌的道路。     

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。     

转子碰摩时截面应力增长规律的数值研究

应用有限差分法数值计算得以碰摩转子的挠曲振型和截面弯矩颁布的变化情况，从而直观地揭示出碰摩过程中转轴截面应力的增长规律，初步对一睦汽轮机重大事故中转轴出现多个数口的成因做了解释。     

一类油膜转子刚性碰摩模型的动力学研究

本文结合非线油膜力模型和冲量定理，建立了Ｊｅｆｆｃｏｔｔ转子碰摩的刚性约束模型，通过对模型的数值模拟，揭示了转子系统碰摩产生的途径的过程，并 混沌运动发生的条件及其与碰摩的关系。     

磁摩转子系统中的碰擦分岔现象

对于旋转机械中的常见故障这一－－转子与定子碰摩，应用非线性动力学理论分析了一个简单碰摩转子系统的碰擦分岔现象。通过对运动微分方程的数值积分。研究了转速比变化时系统具有的各种形式的分岔。结果表明：系统的运动具有周期与混沌运动交替、周期递增现象，倍周期分岔，以及随控制参数的减小运动从的周期轨道分岔为混沌吸引了。系统的这非线性特征对于准确地诊断这一故障具有重要意义。     

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。