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非稳态油膜力作用下偏角不对中碰摩转子系统振动特性分析

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武汉大学学报（理学版） 2013年第3期59卷 233-238页

作者：朱拥勇周奇郑王德石海军工程大学兵器工程系湖北武汉430033

建立了非稳态油膜力、碰摩力作用下,偏角不对中轴系的横向振动模型,将Jeffcott转子模型推广至约束条件下的轴系振动模型,通过引入转子间的位移约束,由Lagrange方程导出了不对中轴系系统的振动方程.仿真研究表明:由于不对中的存在,轴系... 详细信息

建立了非稳态油膜力、碰摩力作用下,偏角不对中轴系的横向振动模型,将Jeffcott转子模型推广至约束条件下的轴系振动模型,通过引入转子间的位移约束,由Lagrange方程导出了不对中轴系系统的振动方程.仿真研究表明:由于不对中的存在,轴系横向振动是强非线性、非定常、同时含有自激励、参数激励和外激励的三自由度振动系统;由于从动轴与主动轴的不对中,导致了转轴间的运动约束,使轴系横向振动系统比Jeffcott转子动力学模型所描述的振动系统少了一个自由度.随着偏角不对中量、转轴质量比的变化,系统出现周期、概周期、混沌运动特征.不对中轴系处于概周期运动时,呈现出自激振动特征.其结果可为旋转机械故障诊断、轴系对中及设备的安全运行提供更为准确的理论参考.

关键词：轴系偏角不对中非稳态油膜力碰摩力

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涡扇发动机整机振动特性仿真分析

燃气涡轮试验与研究 2015年第2期28卷 31-36页

作者：陈勇田波周年发中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司沈阳110043

针对涡扇发动机整机振动,开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。建立了转子-支承系统、静子承力系统动力学模型,对静子承力系统关键测点在转子不平衡量大小、分布及碰摩力作用下的振动响应特性进行了仿真分析。仿真结... 详细信息

针对涡扇发动机整机振动,开展了发动机整机三维建模、动力学特性仿真分析等工作。建立了转子-支承系统、静子承力系统动力学模型,对静子承力系统关键测点在转子不平衡量大小、分布及碰摩力作用下的振动响应特性进行了仿真分析。仿真结果与实际发动机试验振动图谱的对比分析表明,特征频率点的响应吻合良好。通过本研究,初步搭建起涡扇发动机整机振动机理仿真分析平台,对提高发动机振动机理研究能力和整机振动分析诊断水平有积极意义。

关键词：涡扇发动机整机振动动力学模型仿真分析转子不平衡量碰摩力振动响应特性

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不同故障下水轮发电机组轴系的振动特性研究

水电能源科学 2024年第4期42卷 178-182,146页

作者：聂赛杨雄卢俊琦章志平秦程孙洁冯陈张玉全郑源江西洪屏抽水蓄能有限公司江西宜春330600 河海大学水利水电学院江苏南京210098 河海大学能源与电气学院江苏南京210098

水轮发电机组的振动往往由水-机-电耦合因素引起,分析单一故障及多因素耦合故障下的轴系振动对机组稳定运行和厂房结构安全至关重要。采用四阶龙格-库塔法分别求解了不平衡磁拉力、碰摩力、非线性油膜力单独作用或耦合作用下的发电机和... 详细信息

水轮发电机组的振动往往由水-机-电耦合因素引起,分析单一故障及多因素耦合故障下的轴系振动对机组稳定运行和厂房结构安全至关重要。采用四阶龙格-库塔法分别求解了不平衡磁拉力、碰摩力、非线性油膜力单独作用或耦合作用下的发电机和水轮机振动特性。结果表明,仅考虑不平衡磁拉力或仅考虑碰摩力时,轴系的运动特性主要表现为周期运动状态和拟周期运动状态;在多因素耦合作用下,轴系的运动特性将会变得更为复杂,表现为以拟周期运动和混沌运动为主,间歇性出现周期运动。研究结果可为水电站的安全、稳定、优化运行提供更多的理论依据。

关键词：水轮发电机组不平衡磁拉力碰摩力非线性油膜力轴系振动

轴承—转子—机匣系统碰摩的非线性动力学特性研究

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轴承—转子—机匣系统碰摩的非线性动力学特性研究

作者：罗利军河北工业大学

学位级别：硕士

本文就大型旋转机械中的转子系统稳定性做了大量的研究工作,其中主要针对非线性碰摩力和非稳态油膜力对转子系统稳定性的影响做了较为系统的理论研究和数值仿真,为转子系统安全运行和故障诊断提供了依据和参考。 1.综述了转子动力学的... 详细信息

本文就大型旋转机械中的转子系统稳定性做了大量的研究工作,其中主要针对非线性碰摩力和非稳态油膜力对转子系统稳定性的影响做了较为系统的理论研究和数值仿真,为转子系统安全运行和故障诊断提供了依据和参考。 1.综述了转子动力学的工程背景、意义及研究现状,详细叙述了影响转子系统稳定性的各种非线性力,并介绍了非线性动力学和混沌的发展历程。 2.在考虑非线性碰摩力的基础上,建立了Jeffcott转子系统碰摩的动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化:通过数值仿真的方法,对转子系统碰摩故障在运行过程中的非线性行为进行了研究,分析了转速和偏心量等参数对转子分叉混沌的影响,得到了该转子系统在某些有实际意义的参数领域内非线性响应的碰摩力、时程曲线、相图、轴心轨迹、庞加莱映射和幅值谱图等特性曲线,发现该系统存在非线性混沌行为。 3.当碰摩发生时,转子与机匣都受到碰摩力的作用。机匣在碰摩力的作用下发生振动,影响转子系统的稳定性。以非线性碰摩力为基础,考虑机匣振动的影响,建立了转子一机匣系统碰摩的动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化;利用计算机仿真对转子的碰摩故障进行了数值模拟, 研究了转子一机匣系统发生碰摩时的分岔与混沌行为,进而讨论了转子系统参数的变化对转子混沌运动状态的影响,发现了具有非线性碰摩力的局部碰摩转子系统的各种多周期运动和混沌运动。 4.非稳态油膜力是影响转子系统稳定性的重要原因之一。以短轴承非稳态油膜力和非线性碰摩力耦合为基础,考虑机匣振动的影响,建立了轴承—转子—机匣系统碰摩的动力学模型,并对动力学模型进行了无量纲化;用Runge-Kutta法对轴承—转子—机匣系统由非稳态油膜力和非线性碰摩力耦合引起的非线性动力学行为进行了数值仿真研究,得到了该系统随转速及偏心量参数变化发生碰摩的分岔和混沌特性,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、概周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象。

关键词：轴承—转子—机匣系统碰摩碰摩力油膜力非线性动力学分岔混沌

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转子—轴承系统非线性振动及分岔特性研究

转子—轴承系统非线性振动及分岔特性研究

作者：李彦红兰州交通大学

学位级别：硕士

转子-轴承系统作为旋转机械的重要组成部分,其运行的平稳性与安全性直接关系到整个机械系统的安全运行。在转子-轴承系统中存在着诸多的非线性因素,比如电磁力的非线性,碰摩力的非线性等,其中碰摩力是引起整个转子系统非线性运动的主要... 详细信息

转子-轴承系统作为旋转机械的重要组成部分,其运行的平稳性与安全性直接关系到整个机械系统的安全运行。在转子-轴承系统中存在着诸多的非线性因素,比如电磁力的非线性,碰摩力的非线性等,其中碰摩力是引起整个转子系统非线性运动的主要因素。磁悬浮轴承在转子系统中起着举足轻重的作用,相比传统的滑动与滚动轴承,磁悬浮轴承有诸多的优点,比如无污染,无需润滑,传动效率高等各种优点。这些优点满足了现代转子-轴承系统的发展要求,必将在以后的生产中得到大量的应用。本文中主要研究了柔性转子系统,双盘转子系统以及磁悬浮轴承支撑的双盘转子系统的动力学行为。建立了各个转子系统的动力学模型,根据牛顿第二运动定律,列出系统的运动微分方程,通过4阶龙格库塔法对转子系统的运动进行数值仿真,模拟出了转子系统的实际工作状况,得到了系统响应的双参数分岔图,分岔图,轴心轨迹图以及Poincare映射演化过程图。综合考虑有无裂纹时系统的动态特性,分别研究了在无裂纹和有裂纹两种情况下刚度变化,阻尼系数,偏心量等各种可变参数的变化对转子系统运动特性的影响。通过分析各种图形,讨论了转子系统的周期运动,概周期运动,倍化分岔,逆倍化分岔以及混沌等各种复杂的动力学行为,详细描述了系统由周期到概周期以及概周期到周期的演化过程。研究结果表明:随着刚度系数的变化转子系统呈现出丰富的动力学行为,刚度系数越大,系统会趋向混沌运动;随着阻尼系数的不断增大,转子系统趋于周期运动,混沌运动不断减少;偏心量越大,系统趋于混沌运动,周期运动不断减少;摩擦系数的变化对于系统动态特性的影响不是很大。裂纹的出现增加了转子系统在低速范围内的混沌运动,对于高速区域系统动态特性的影响不是很大。混沌运动在转子系统的实际运行中是有害的,因此在转子系统的参数设计和实际工作当中应尽量避开混沌运动区域。本文指出了在一定参数条件下转子系统的最优工作区间,对转子-轴承系统的参数设计以及实际工作中的故障识别提供了一些理论依据。

关键词：磁悬浮轴承分岔非线性碰摩力混沌

油膜力支撑双盘转子—轴承系统非线性动力学研究

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油膜力支撑双盘转子—轴承系统非线性动力学研究

作者：郑宇兰州交通大学

学位级别：硕士

在旋转机械中转子是其重要构成成分,转子运行的平稳性和安全性关系着整个旋转机械的安全运行。由于油膜力和碰摩力的存在,所以导致转子系统具有很强的非线性。随着转子系统的一些参数的变化会导致系统运动形式的改变,所以合理的参数设... 详细信息

在旋转机械中转子是其重要构成成分,转子运行的平稳性和安全性关系着整个旋转机械的安全运行。由于油膜力和碰摩力的存在,所以导致转子系统具有很强的非线性。随着转子系统的一些参数的变化会导致系统运动形式的改变,所以合理的参数设计、适当的工作转速可以使转子系统更加平稳地、安全地和高效地运行。本文在转子动力学理论的基础上,主要研究了简化的双盘转子系统模型和油膜力撑持下双盘转子系统模型的动力学行为。按照牛顿第二定律,列出了系统的运动微分方程,然后通过数值仿真并利用分岔图、轴心轨迹图、时间历程图和Poincare映射图分析了系统各参数改变对转子系统响应的影响。研究结果表明:对油膜力支撑双盘转子系统而言,随着定子刚度的增大,在转子系统响应中出现混沌运动的区间逐渐增多;随着阻尼值的增大,转子在中等转速区间出现混沌运动区域先逐渐变少,但当阻尼值达到一定值后继续增加时,混沌运动又会重新出现;随着偏心量的不断增大,转子在较高转速区间出现多周期运动和混沌运动区域越来越多,整个转子也逐渐变得不稳定;随着圆盘质量增大,在中等转速范围,转子会从单周期运动逐渐变为混沌运动和多周期运动,但在较高转速区间内,转子却会由混沌运动变为周期运动;而摩擦系数对转子响应的影响不太明显;在中高转速范围,随着转子在轴承处质量的不断增大,转子会从混沌和多周期运动逐渐变为单周期运动。所以应该根据参数变化对系统运动的影响,设计出合理的转子系统参数,使转子在工作转速区间能够呈周期运动,尽可能的避免处在混沌运动状态。通过对转子系统动力学的研究,为工业生产中旋转机械系统的优化设计提供一些理论依据和设计准则。

关键词：轴承油膜力碰摩力非线性混沌

碰摩和油膜耦合故障转子系统的动力学行为与控制研究

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碰摩和油膜耦合故障转子系统的动力学行为与控制研究

作者：孟祥雪兰州交通大学

学位级别：硕士

机器工作的时候，转子部分常常会发生震动，从而进一步引起转子系统的中的定子和转子之间发生碰摩现象，所以说碰摩是转子系统中常见的一种现象。碰摩发生后会直接影响机器的运转，而且这种故障具有非线性的特征，因此，对碰摩转子系统... 详细信息

机器工作的时候，转子部分常常会发生震动，从而进一步引起转子系统的中的定子和转子之间发生碰摩现象，所以说碰摩是转子系统中常见的一种现象。碰摩发生后会直接影响机器的运转，而且这种故障具有非线性的特征，因此，对碰摩转子系统的故障研究清楚对于机器的运转具有重要意义。本文所做的工作主要有: 1首先简单介绍一下国内外在转子碰摩系统发展的程度，然后进一步阐述本文选此研究对象的目的和意义，说明转子系统中出现的问题、现象以及分析在这些问题和现象所用的方法，为下面的研究工作打好基础。 2建立了刚性Jeffcott平衡转子碰摩力作用下的无量纲运动微分方程;基于Jeffcott转子碰摩动力学模型，通过变换得到等价无量纲方程，对其平衡点进行稳定性分析，并应Hwertize行列式对系统方程进行判断，得到在转速比取何值时发生Hopf分岔。然后利用数值仿真进一步验证，得出理论分析和数值模拟是相吻合的。 3对考虑重力的Jeffcott转子碰摩系统利用Lyapunov指数图、波形图、轴心轨迹图、相图、幅值谱图和庞加莱映截面图等进行动力学行为研究，本章研究了分析了碰摩系统在转速比下的系统运动现象，首先，分析了转速比、定子与转子间的间隙、刚度比对系统的影响，利用分岔图和Lyapunov指数图并结合时间波形图、轴心轨迹图，庞加莱映射图等进行分析对上述参数对系统的影响进行分析，分别得出了系统在上述各个参数下的运动情况，由此可以得到系统在上述不同参数下的较优工作区间。 4在第3章考虑重力的Jeffcott转子碰摩系统的基础上加入轴承非线性油膜力，从而建立了转子-轴承系统的动力学模型,采用标准的四阶Runge-Kutta法对转子碰摩动力学特征进行数值仿真。利用Lyapunov指数图、波形图、轴心轨迹图、和庞加莱截面图等工具分析了系统在非线性油膜力的影响下碰摩后进行动力学行为研究，通过对不同参数下的动力学行为研究可以得到系统在不同参数下的较优控制工作区间。本章主要分析了含油膜力的碰摩转子的动力学行为，首先分析随着转速比的变化系统动力学行为的变化，随着转速比的增大系统呈现出周期、分岔、拟周期、混沌等多种复杂的动力学行为，得出系统的较优控制工作区间。随后系统取不同的油膜厚度，通过分析油膜厚度下的分岔图和Lyapunov指数图，可以得到转子系统在不同油膜厚度下的最优工作区间，并且可以通过比较不同的油膜力的分岔图和Lyapunov指数图，还能得出哪种油膜力下系统的运行状态最好。对上述变化参数下的分岔图、波形图、相图、轴心轨迹图、庞加莱截面图的分析可以看出对碰摩转子系统添加油膜力后，系统的动力学变得更加复杂，更多时候呈现出混沌状态。最后应用washout-filter反馈控制法向系统中引入状态反馈控制变量,可有效地抑制系统中混沌现象的发生。

关键词：转子系统碰摩力非线性油膜力数值模拟稳定性分岔混沌 Lyapunov指数混沌控制

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复杂转子系统振动模态和混沌行为分析

复杂转子系统振动模态和混沌行为分析

作者：孙成岩沈阳建筑大学

学位级别：硕士

旋转机械是现代工业中重要的动力机械,在机械、电力、交通、航空、化工、能源、矿业、军工等行业中有着广泛的应用。随着科学技术与现代化工业的发展,旋转机械正朝着大型化、连续化、高速化、轻型化、集中化、自动化和大功率、大载荷方... 详细信息

旋转机械是现代工业中重要的动力机械,在机械、电力、交通、航空、化工、能源、矿业、军工等行业中有着广泛的应用。随着科学技术与现代化工业的发展,旋转机械正朝着大型化、连续化、高速化、轻型化、集中化、自动化和大功率、大载荷方向发展。随之产生的非线性振动方面问题日益突出,这些设备一旦由于非线性振动发生故障,就会造成巨大的经济损失。目前,国内外学者对转子系统的动态特性进行了大量研究,取得了可喜的研究成果。但许多结论都不是很完善的,有一定的局限性。不可否认,转子系统的动力学模型是转子系统动态特性研究的前提条件。本文建立的转子系统力学模型本着真实、完整、合理、先进、实用和简洁的原则,建立一个创新的力学模型。首先,机匣(基础)本身本来具有一定的柔性,有些旋转机械如航空发动机等的机匣具有更大的柔性,由于研究上的困难,人们一般把机匣视为不变形的刚体,这样处理势必对计算分析结果带来较大误差。正是机匣本身具有一定的柔性,转子与机匣的振动彼此相互影响,为此需要将转子与机匣作为统一的整体,研究其动力学特性。其次,考虑到有些实际旋转机械的特殊结构形式,不应该忽略机匣本身的弹性、机匣与定子间的联接弹性对转子系统响应的影响,更不应该忽略圆盘非对称布置时所产生的陀螺力矩的影响。最后,考虑转轴弹性、轴承弹性、基础弹性、基础与定子间的联接弹性和陀螺力矩的悬臂双盘非对称20个自由度转子系统,我们称之为复杂转子系统。目前关于转子系统动力学特性的研究还不够充分,对非线性复杂转子的研究更少。因此,本文结合转子试验仪器,对非线性复杂转子系统的一些非线性动态特性的相关问题和进行了研究。分析非线性复杂转子系统的振动模态,并研究温度变化对转子系统振动模态的影响,为进一步研究转子系统的动态特性提供重要的基础数据。利用计算机分析技术,用ANSYS建立转子系统的有限元模型,分析转子系统的振动模态。发现不同的温度对转子系统的固有频率会有不同的影响,各阶固有频率随温度的升高而降低。温度越高,固有频率下降的越厉害。分析结果为转子系统动态特性的深入研究提供数据基础。运用数值分析法,研究了转子系统的分叉与混沌行为,有利于人们对转子系统动态特性的研究从宏观理论到微观实践的飞跃,为进一步研究转子系统动力学特性做基础。运用数值分析方法,建立系统振动微分方程,结合转子系统的分叉图、波形图、相平面图和轴心轨迹图,研究弹性转子系统的分叉与混沌行为。研究发现系统响应经历了数次从混沌到周期解,再到混沌,再到周期解的过程,即混周交替出现的过程。通向混沌的道路主要方式是倍周期分叉进入混沌和阵发性分叉进入混沌。分析结果为旋转机械转子系统参数设计提供理论依据。

关键词：转子系统振动模态碰摩力 Coulomb摩擦模型分叉与混沌

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电磁轴承-转子系统的非线性动力学行为分析

重庆理工大学学报（自然科学） 2012年第12期26卷 99-102页

作者：吕宁李晶孟祥雪张转周兰州交通大学兰州730070

在考虑非线性碰摩力的基础上,以电磁轴承-转子系统为动力学模型,并对模型进行了无量纲化,用Runge-kutta法对该系统由非稳态油膜力和非线性碰摩力耦合引起的非线性动力学行为进行了数值仿真,得到了该系统随动摩擦因数、系统刚度比、质量... 详细信息

在考虑非线性碰摩力的基础上,以电磁轴承-转子系统为动力学模型,并对模型进行了无量纲化,用Runge-kutta法对该系统由非稳态油膜力和非线性碰摩力耦合引起的非线性动力学行为进行了数值仿真,得到了该系统随动摩擦因数、系统刚度比、质量偏心量比等参数变化引起的混沌特性,发现该系统在运行过程中存在周期运动、概周期和混沌等丰富的非线性现象。

关键词：电磁轴承-转子系统非线性动力学碰摩力分岔混沌