采用瞬态传递矩阵法分析复杂转子系统碰摩故障

采用Raccati传递矩阵和Newmark β法相结合的瞬态传递矩阵法分析碰摩故障转子系统的瞬态和稳态响应,用多次迭代的方法确定瞬时碰摩力的精确值·该方法能够分析多盘、多跨转子系统等复杂的非线性转子系统的碰摩故障,并且可以同时考虑陀螺力矩、非线性油膜力等多种因素的影响·最后利用本方法分析了一个含有非线性碰摩刚度的局部碰摩故障双跨转子系统的运动,发现了其中的拟周期、混沌等丰富的非线性现象,验证了本方法的可行性·     

大幅度进动转子与位移限制器碰摩动力行为

为设计合适的位移限制器以限制转子的大幅度进动,需要研究作大幅度进动的转子与限制器碰摩时的动力行为。建立了大幅度进动转子与位移限制器碰摩的动力学运动方程,并用数值积分方法得到了碰摩过程非线性动力响应。分析中采用分段线弹性模型描述带有位移限制器对转子的弹性回复力。设计试验装置实现了激振转子作大幅度进动并与位移限制器碰撞、摩擦的试验。测试结果与理论分析吻合较好,表明采用的转子支承系统瞬态动力学模型及数值方法在分析碰摩转子非线性响应中的有效性。     

一类碰摩转子在弹性支撑下的分岔分析

分析了考虑重力因素后转子系统在弹性支撑下的运动状态,着重探究了双自由度含间隙、非对称转子弹性支撑的运动特性.根据非碰摩与碰摩转子的运动方程,探究了系统的稳定性.分析了非碰摩转子的共振频率,并通过分岔图、Poincare截面图、时间响应图分析了碰摩转子的相应阈值.最后,讨论了转子模型的不足和改进.     

悬臂双盘碰摩转子系统稳定性的半解析分析

建立了悬臂双盘碰摩转子系统的动力学模型和运动微分方程,通过创建该系统的非奇异线性变换矩阵并利用变换矩阵的Jacobi矩阵结合Routh Hurwitz理论,研究了悬臂双盘碰摩转子系统的稳定性和稳定区域,并进行了相应的参数讨论.结果表明:该半解析方法可以明确得出系统的稳定区域及稳定区域所对应的转速和阻尼比.同时,碰摩间隙和摩擦因数对系统的稳定区域影响十分明显,稳态周期解能够反映系统响应.研究结果为实际工程的安全运行提供了一定的参考.     

转子系统局部碰摩故障传递机制特性研究

旋转机械的高速化和高效化使系统转定子间的间隙越来越小,转子振动经常引发局部碰摩故障,进而使整个转子系统响应呈现非线性,影响系统的稳定运行,及时掌握碰摩转子系统的动力学特性为处理故障建立基础.以谐波平衡和有限元理论为基础,建立碰摩转子系统的有限元模型并利用系统振动响应各次谐波分量与频率响应矩阵之间的关系,提出转子系统局部碰摩故障传递机制,即系统某处发生故障后对其他位置产生的影响.通过数值仿真和实验验证了此机制的正确性.具有n个故障的转子系统,仅需要任意n+2个节点的响应就可以得到剩余所有节点的响应.对于不平衡、碰摩、不对中和裂纹等转子系统的常见故障,传递机制具有良好的适用性.     

多跨碰摩转子系统分析的降维增量谐波平衡法

多跨碰摩转子系统所建有限元动力学模型自由度很多,严重降低响应预测时的计算效率.为了提高计算效率,同时保证计算精度,提出结合固定界面模态综合法的降维增量谐波平衡法.首先利用固定界面模态综合法降低多跨碰摩转子系统的自由度数目,再利用增量谐波平衡法求解降维后系统的稳态响应,最后还原回原系统的响应.该方法不仅能够直接获得稳态解,还可以与弧长法相结合从而求得非稳定解.对双跨转子系统进行仿真试验,结果表明该方法在主模态数较小时即可保证计算精度并且具有很高的效率.     

转子碰摩系统实验研究

为了研究碰摩转子系统的非线性动力学行为,建立了转子碰摩故障试验系统,通过改变转速和偏心量,观察系统碰摩状况的变化情况,通过时域分析、频谱、轴心轨迹等工具分析系统发生碰摩后的响应.实验表明:系统发生碰摩后,会出现分频和高频成分,为诊断转子系统碰摩故障提供依据.     

飞行器渐变加速对碰摩转子系统振动响应的影响

研究渐变加速的飞行器内碰摩转子系统的非线性特性。研究模型为光滑处理后的连续的Jeffcott转子碰摩模型。通过一无穷次可微的实函数生成的函数来模拟飞行器的渐变加速度变化，并假设飞行器在垂直平面内运动。研究结果表明：原已碰摩的系统会因飞行器的加速而加剧碰摩：原未碰摩的转子系统会因飞行器加速造成的振幅增大而引起转子与静子碰摩：飞行器的加速可能改变转子系统的稳定性：不同的渐变加速方式会使飞行器内的转子系统呈现不同的非线性行为。     

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。     

涡轴发动机悬臂型动力涡轮转子定点碰摩仿真

针对某型涡轴发动机动力涡轮转子的悬臂结构特征,基于ANSYS建立转子叶片-机匣有限元模型,并进行临界转速测试试验验证所建立模型的准确性.针对转子叶片-机匣可能出现的定点碰摩故障,以二次函数拟合叶尖-机匣间因机匣凸点产生的静态间隙变化,并基于静态间隙函数与分段线性碰摩力理论,建立动力涡轮转子叶片与机匣内壁的定点碰摩模型,同时考虑不平衡载荷,开展定点碰摩仿真.研究表明:在发生不平衡-定点碰摩故障时,区别于扭振,弯曲振动的基频幅值主要由不平衡故障引起;转轴中心点的弯振频谱图、扭振频谱图都出现倍频分量,且与转子每周碰摩次数相关的倍频幅值增大明显;此外,不平衡-定点碰摩故障还将导致接近系统扭振固有频率的扭振倍频幅值的分量增大.     

考虑油膜力的弹性转子系统碰摩故障研究

以现代非线性动力学和转子动力学理论为基础,分析了带有碰摩故障的弹性转子系统的动力学行为·针对短轴承油膜力的强非线性特点,用RungeKutta法在较宽范围内研究了定子刚度和激励频率等参数对该碰摩转子系统动态特性的影响,发现参数变化时系统存在周期、拟周期和混沌运动等丰富的非线性现象:该碰摩转子系统在一阶临界转速附近系统响应为混沌运动,转速较高时系统响应表现为拟周期运动,定子刚度很大时系统响应处于工频状态·该研究结果为转子轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考·     

具有初始弯曲和刚度不对称的转子碰磨现象分析

建立了考虑转子转速的碰磨力模型，分析了具有初始弯曲和刚度不对称转子系统的碰磨响应，得到了系统参数对系统分叉和混沌响应的影响，通过与刚度对称转子系统的碰磨现象进行比较发现；具有初弯和刚度不对称转子系统的碰磨响应有很多不同的运动特性，这种不同来源于转子两个方向刚度的耦合作用，刚度不对称越大，系统越窬铁发生拟周期响应，越容易导致碰磨出现，不平衡参数越大，系统响应的振幅越大，越容易发生碰磨和周期解分叉，阻尼系数越小，发生周期解分叉的转速比越小，系统响应随着转速比的变化引发了各种非线性现象。     

旋转机械转子-机匣系统碰摩的随机响应

针对仅考虑具有质量偏心的旋转机械Jeffcott转子-机匣系统碰摩模型的动力学方程,进行了转子-机匣系统碰摩的随机响应研究·应用Kronecker代数、矩阵微分理论、向量值和矩阵值函数的二阶矩技术、矩阵摄动理论和概率统计方法系统地研究了转子-机匣系统碰摩的随机响应问题,推导出了一般的数学表达式,给出了数值分析解·分析了把转轴刚度和阻尼、定子刚度和阻尼、偏心距和定子径向刚度作为随机参数的随机系统的响应·分析表明,该转子系统在初始阶段振动强烈,响应幅值超过转子和定子之间的间隙,会发生碰摩现象·     

转子系统局部热弯曲两种建模方式比较

局部热弯曲的转子系统建模方式有二维方法和三维方法两种,但两种方法的比较、适用范围的分析等尚未见报道.因此结合热传导学和转子动力学理论对局部热弯曲转子系统建模的两种方法进行详细阐述,并通过分析实际转子系统的热场、热变形、热弯曲振动,对两种建模方式的效率和精度进行分析和比较.研究结果表明:二维热场分析方法精度低但计算效率高,适用于输入热量集中的情况;三维热场分析方法精度高但计算效率低,适用于输入热量分散的情况.     

碰摩转子系统的稳定性

为研究一个支承在油膜轴承上的单盘转子系统在发生动静件碰摩时系统的稳定性 ,假定轴承为短轴承近似和碰撞为弹性碰撞后 ,导出包括分段线性刚度和非线性油膜力的非线性运动微分方程 ;使用打靶法求系统的周期解并结合 Floquet理论分析解的稳定性 ,发现了在系统的运动中具有倍周期分岔和 Hopf分岔现象 ;研究结果对于更好地了解转子系统的碰摩故障以及其早期预测有意义     

刚性转子系统的碰摩与油膜非线性动力学耦合

通过分岔图、Poincarè映射、轴心轨迹讨论了不同强度和不同方位碰摩与油膜的非线性动力学耦合特性.研究结果发现,当转子产生2倍周期分岔后,碰摩分岔具有2倍周期的特征,即分岔图包括两部分.在转子发生2倍周期分岔区域,随着碰摩强度增加,在远离90°和270°发生碰摩时出现高倍周期分岔、概周期或混沌,而在90°和270°附近仍保持倍周期特性.当转子响应为概周期或混沌运动时,在90°和270°附近区域碰摩产生n倍周期分岔.当碰摩强度较小时,90°附近碰摩的分岔倍数高于270°碰摩的分岔倍数;随碰摩强度增加,90°和270°附近区域碰摩都达到2倍周期;而远离这两个区域碰摩的倍周期分岔数量增加,甚至达到...     

碰摩转子轴承系统非线性振动特征的实验研究

建立了转子碰摩故障的实验装置,通过实验研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特征,发现对油膜力影响较小的系统,转定子碰摩使系统产生了半频及高频分量,而对于滑动轴承支撑的系统,较小的碰摩间隙使得系统在油膜涡动之前产生碰摩,系统产生了丰富的高频分量;当碰摩间隙较大时,碰摩在油膜涡动之后发生,此时碰摩对系统的影响很小,轴承油膜力对系统的影响最大·