分数阶阻尼裂纹转子的非线性动力学特性分析

为了有效地提高转子系统特性的分析精度,使其能够准确地进行故障诊断,以Jeffcott转子模型为基础,建立了带有分数阶阻尼和横向呼吸裂纹故障的转子系统的动力学模型.采用4阶龙格库塔法和10阶连分式欧拉法对转子系统的动力学方程进行数值仿真计算,利用轴心轨迹图、Poin-care截面映射图和分岔图等,研究了阻尼的分数阶次、转速和裂纹深度对裂纹转子动态特性的影响,并通过实验对理论分析结果进行了验证.分析结果表明:在半临界转速附近,由于裂纹的存在,转子的轴心轨迹呈现明显的双环型(或称内8字形),因此响应中的2倍频分量占主导地位.随着分数次阻尼阶次的增加,转子系统依次经历混沌、准周期和周期运动,同时裂纹深度、不平衡量以及转速对转子系统的动态特性具有明显影响.     

含初始弯曲裂纹转子振动特性

基于简单铰链裂纹模型，建立了含初始弯曲裂纹转子的动力学模型，得到了裂纹转子振动响应的仿真解；讨论了含初始弯曲裂纹转子的亚谐波共振特性及其与无初始弯曲裂纹转子频率成分的差异；数值仿真研究了刚度变化、初始弯曲、质量偏心以及质量偏心角对裂纹转子轴心轨迹的影响，从而为裂纹转子的故障诊断提供了依据．     

裂纹转子系统扭转振动时频特性研究

基于简单铰链裂纹模型和局部柔度理论，建立了横向裂纹转子系统扭转振动的动力学模型，得到了裂纹转子扭转振动的数值仿真解，并有了呼吸裂纹转子系统存在着亚谐波共振特性，将小波技术引入到裂纹转子扭转振动时频特性的数值仿真研究中，结果发现裂纹转子的小波时频二维谱存在着6组大系数，小波三维谱表现为6个峰，相应的小波时频等高线表现为6组同心圆，从而表明可以利用裂纹转子扭转振动独特的时频特性作为监测转子系统横向裂纹的依据。     

具有弹性支承裂纹转子的动态响应分析

以单盘偏置裂纹转子为研究对象,同时考虑支承弹性和陀螺效应的影响,建立了运动方程并进行了仿真计算。数值分析表明：当转子以亚临界转速运行时,裂纹转子盘心响应和支承处加速度响应中均出现1,2,3…倍频成分,且出现分数次共振现象;转子以超临界转速运行时,盘心轨迹为一椭圆,幅频图上2倍频以后的各分量极小,而支承处加速度响应的幅频图2倍频以后的各谐波分量仍明显存在。     

裂纹转子故障诊断的小波时频分析方法

基于局部柔度理论论铰链裂纹纹模型，建立了袭纹转子的动力学模型，得到了裂纹转子与无裂纹转子的数值仿真解，利用连续小波时频分析方法，讨论了裂纹转子与无裂纹转子的小波时频特性，提出了利用小波时频分析方法识别裂纹的新方法，数值仿真研究了采样频率及小波时频分析方法的准确性和有效性的影响，并给出了建议性的采样频率，最后实验验证了该方法的有效性和实用性。     

基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

基于虚拟仪器的机械转子轴心轨迹分析

转子轴心轨迹是判断机械转子运行状态和故障征兆的重要依据,文中研究了几种机械转子典型故障及其对应的频率和轴心轨迹特征,运用LabVIEW软件平台,开发出智能控件化虚拟式轴心轨迹测试分析系统,调用由VC 编写的动态链接库(DLL)函数实现对机械转子振动信号的采集.试验表明,转子轴心轨迹测试分析系统可实时显示轴心轨迹、轴心位置和两路相互垂直振动信号的波形和频谱,以此可以判断一些常见的旋转机械故障,计算出用来消除转子不平衡的平衡质量块的大小及坐标点位置.     

裂纹转子弯扭耦合振动的理论研究

以水平放置Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了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该转子系统的动力响应。结果表明，弯扭耦合振动是通过不平衡量来实现的，不平衡偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且随裂纹深度的增加，受影响的转速下限降低，当裂纹较深，转速较高时，扭转对弯曲振动有明显的影响，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。     

转子系统碰摩故障的实验研究

为了研究碰摩转子的非线性动力学行为,建立了多圆盘碰摩转子系统的实验台,并且设计了一种可以模拟整周碰摩的机构。观察碰摩转子在不同条件下的振动情况,同时利用波形图、频谱图、轴心轨迹图和Poincare图等工具分析了系统在碰摩发生后的非线性响应和分岔特性,并通过改变转速来研究转子系统的碰摩发展变化。结果表明:当转子发生碰摩时,系统会激发出高倍频和分数倍频,在系统发生严重碰摩时还会出现混沌现象。     

裂纹扩展对转子动特性的影响

基于转子安全运行要求,对裂纹扩展过程进行动力学仿真·用非线性开闭裂纹模型,研究裂纹扩展过程中挠性裂纹转子动特性及不平衡量e和裂纹角β两参数在扩展中的影响·研究表明,系统响应具有多种非线性振动形式,有多种途径出入混沌状态·研究为在线监测、分析和诊断裂纹故障提供理论依据     

双跨裂纹转子-轴承系统非线性动态响应与混沌

建立了具有非线性油膜力的双跨裂纹弹性转子 轴承系统模型,研究了裂纹存在和裂纹角对系统非线性动力学特性的影响,发现此系统响应存在着周期、拟周期和混沌运动等复杂的运动形式,进入混沌的道路是倍周期分岔或阵发性分岔,离开混沌的道路为倍周期倒分岔·在亚临界转速区系统响应中出现了1/3倍频,1/2倍频,2/3倍频,1倍频,2倍频等频率成分,但是在超临界转速区,2倍频及以上频率的峰值明显减小·裂纹角β对裂纹转子的动力学行为有着重要影响,在ω=3ω0/2区域附近系统响应会随着裂纹角的不同,出现拟周期、周期和混沌等复杂的运动,因而对以超临界转速运行的多跨转子系统进行故障诊断时需加以注意·     

水平盘旋转子参数对滚动轴承系统非线性振动影响

以双盘转子-滚动轴承系统为模型,利用有限元法建立了动力学方程,并以数值方法为手段得到转子系统振动响应,分析了机动载荷、偏心对转子系统非线性振动及分岔特性的影响,为研究更加符合实际的复杂工况耦合故障的转子动力学系统提供理论指导.研究结果表明:在水平盘旋机动飞行下,在二倍临界转速附近系统产生丰富的非线性动力学现象;随着机动载荷的增加,主共振转速提高,并且在转速区间内系统的振动形式更多趋于稳定的单周期运动.水平盘旋下,转子系统不仅能发生1/2亚谐共振,在某些参数下还产生了一些低频振动.     

自制旋转机械故障模拟试验台的转子振动特性研究

本文采用软件仿真与实验分析相结合的方法,研究了自制旋转机械故障模拟试验台转子的振动特性。使用Solidworks软件对转子进行三维实体建模,并在Altair Hyper Mesh软件中划分网格,导入到ANSYS Workbench软件进行后处理分析。首先通过静力学分析获得双盘转子变形与应力分布情况;考虑陀螺效应的影响,通过模态分析获取固有频率及振型云图;生成Campbell图,分析转子在设定转速区间内振动分量的变化特征;通过谐响应分析获取特定频域内的动态响应。最后进行实验模态分析,并与仿真结果进行对比,从而验证有限元模型的准确性。研究表明：转轴轴肩位置处存在一定程度的应力集中;临界转速远大于工作转速,可有效避免共振;该结构动刚度良好符合设计要求。本文可为该类型转子的振动特性分析提供参考,并为旋转机械故障的模拟实验起到了一定的指导作用。     

裂纹转子过亚临界转速瞬态响应特性

基于建立的裂纹转子瞬态响应动力学模型，得到了有无裂纹转子的数值仿真解。分析了裂纹转子的亚谐波共振特性；研究了刚度变化、质量偏心以及质量偏心角对裂纹转子瞬态响应的影响．将小波分析方法引入到裂纹转子时频特性研究中，得到了有无裂纹转子的小波时频特性，并讨论了它们的差别．     

基于Taylor变换法的转子系统非线性动力学特性

在考虑了非线性油膜力的基础上,建立了转子系统的非线性动力学模型,引入了求解非线性微分方程的Taylor变换法,并将转子振动系统原分析模型变换为离散域内的代数方程组,采用Taylor变换法,对第一跨转子振动系统动力学特性进行非线性分析,求得转子系统的响应,找出转子系统的分岔规律,用分岔图、频谱图、庞加莱映射、轴心轨迹等多种方法表现了转子系统的非线性现象,结果表明考虑油膜力影响后,转子系统的运动状态随转速增加由周期至二倍周期再至周期再至拟周期,或者经周期运动直接至混沌运动·     

船舶垂荡运动下转子-隔振系统的非线性动力学分析

为了分析船舶垂荡运动下,气囊-浮筏隔振装置耦合转子系统的运动规律,建立了船体垂荡作用下具有气囊-浮筏隔振装置的转子-轴承系统动力学模型。采用数值方法对系统的稳态响应进行仿真计算,讨论了转子系统随转速变化的非线性动力学特性,以及气囊-浮筏隔振装置对转子系统振动的抑制效果。结果表明：随着转子转速的增加,转子系统的动力学响应出现拟周期、多分支拟周期以及混沌等复杂的非线性动力学现象。在较宽的转速范围内,气囊-浮筏隔振装置能够有效抑制转子系统的振动,并能滞后和限制转子进入混沌状态。     

水平旋转钻柱横向振动特性试验

利用水平井钻柱动力学特性模拟装置,对不同钻压和转速条件下水平旋转钻柱横向振动特性进行试验研究。结果表明:钻压和转速是影响水平井旋转钻柱横向振动特性的重要因素;随着转速增加,两横向振动的频率逐渐变大而相位差变小,两横向振动频率与钻柱自转频率呈线性关系;钻压增大对两横向振动频率的影响不大,但两横向振动的相位差会随着钻压的增大而逐渐变小;实际钻进中,钻柱一直处于井筒的右下部,转速选取时应尽量避开52.1 r/min。