椭圆轴承—转子耦合系统动力学特性研究

为研究椭圆轴承的润滑特性及转子-轴承系统的非线性动力学特性,采用适用于椭圆轴承的变流域动网格方法实现了润滑流场的非稳态计算,通过在润滑流场与转子系统间进行数据传递,形成了椭圆轴承润滑流场与转子动力学之间的弱耦合计算。从滑动轴承润滑流场内部分析了圆柱和椭圆轴承的瞬态工作过程,比较了上轴瓦的油膜压力分布及承载力的变化情况。分别就轴承结构参数、转速和不平衡量对轴承-转子系统工作特性的影响展开讨论,数值计算表明,椭圆轴承在x,y方向的支撑刚度不一样,对稳定性起主要作用为顶隙;轴颈的涡动中心不仅决定于转速,而且随动载荷的变化而变化,随着不平衡量的增加,涡动中心逐渐向坐标原点靠近,使转子-轴承系统稳定裕度降低。该方法为椭圆轴承动力特性及转子-轴承系统稳定性的研究提供了理论支持。     

轴承支撑特性及其对轴系动特性的影响

对滑动轴承型式试验台转子－轴承系统进行建模仿真计算,研究滑动轴承对转子动力学特性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下的轴承支撑特性,计算出相应的轴承动特性系数。通过对比分析,给出主要轴承参数对轴承动特性系数变化规律。考虑基础支撑刚度的影响,研究刚度对转子系统临界转速随基础支撑刚度的变化规律。     

驱动轴承内嵌式涡旋压缩机特性分析

对驱动轴承内嵌于动涡旋齿中的涡旋式压缩机的几何特性进行了研究分析，引入了涡旋型线始端展角和终端展角，使吸气容积、吸气角、排气容积、排气角、内容积比等几何参数计算式的应用更为方便，它不仅适用于涡旋型线为整数圈的情况，而且也适用于涡旋型线为非整数圈的情况。将动涡旋的驱动轴承安置于涡旋齿中，可以在结构设计上达到减少气体力和动涡旋离心惯性力对动涡旋产生的倾覆力矩的目的，从而改善了驱动轴承的受力状况。延长了使用寿命。     

三轴承支撑不平衡转子非线性动力学研究

针对具有三个滑动轴承支撑的双跨弹性转子的非线性特点,建立了数学模型,用数值积分和庞加莱映射方法对采用短同承模型的该类转子系统动力学特性随某一参数变化时稳定性的改变进行了分析,计算结果表明,系统具有发生倍周期分叉、概周期的可能,用数值方法得到系统在某些域中的分叉图,直观显示了系统在某些参数域中的运行状态和轴承几何参数变化对系统动力特性的影响,数值分析结果为该类转子－－轴承系统的设计和运动状态控制提供了理论参考。     

船舶艉部整体隔振系统中轴承载荷增量研究

该文建立了船舶艉部整体隔振系统有限元模型,并提出"径向轴承载荷增量"这一概念实现对整体隔振系统中轴系静态安全性定量分析。该文计算了在不同螺旋桨推力载荷作用下及船舶纵倾工况下的轴承载荷增量,结果表明:螺旋桨推力作用及纵倾工况均会产生数吨载荷增量。此外,该文分析了推力轴承刚度、推力作用位置及隔振器支撑位置等系统参数对载荷增量的影响,发现:当增加轴承轴向刚度、螺旋桨推力作用向筏架重心集中及隔振器分布于筏架艏部方向时更有利于轴承载荷增量的降低。     

不同支撑和转子装配方式的高速电机临界转速分析

用有限元方法研究了滚动轴承支撑的整体式转子和电磁轴承支撑的焊接式转子这两种高速电机轴承-转子系统的临界转速。在分析两种系统的支撑刚度特性及转子结构装配关系的基础上建立了有限元模型,计算出系统的临界转速并对不同支撑和装配方式对轴承-转子系统临界转速的影响进行了讨论,最后通过锤击实验和整机实验全面验证结果的有效性,为高速电机轴系设计和动力学分析提供了参考。*     

橡胶轴承-转轴系统碰摩响应动力学特性研究

将橡胶轴承支撑的转轴/轴承系统简化为非线性弹性支撑的转轴/轴承系统。基于非线性动力学及分叉理论进行分析、研究,确定周期无碰摩响应边界、碰摩运动边界、稳定性边界。结果表明,同频全周碰摩、跳跃现象及碰摩响应在周期、非周期运动间过渡;通过对阻尼比、偏心率等系统参数对系统动态响应特性影响分析获得参数平面内不同碰摩响应区域边界。因而可较好理解系统参数与不同系统响应特性间关系。     

油膜振荡与临界转速

高速转子轴承系统的振动主要分为两类，自激振动与强迫振动，前者往往由轴承油膜动力引起，被称之为油膜振荡，后者的典型代表是临界转速下的共振，本文通过对复特征值的理论计算对上述问题进行研究，设计了通用的计算机程序，该程序适用于各种高速转子轴承系统的计算设计与选型。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

轴承支撑特性对轴系稳定性影响

对滑动轴承型式试验台转子-轴承系统进行建模仿真计算,改变所采用的滑动轴承型式,研究主要常用滑动轴承对转子―轴承系统稳定性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下转子-轴承系统的对数衰减率,以此为判据分析轴系稳定性,通过对比分析,给出主要轴承参数对轴系稳定性的随主要轴承参数的变化规律。     

《结合部系统的混沌与分岔的研究》

研究了机床导轨结合部系统的非线性动力学行为。考虑到系统在实际接触振动过程中具有滞回模型的特点,建立了分析该类系统的数学模型,并应用渐进法求出系统的等效阻尼和等效刚度系数。采用Range-Kutta法对系统方程进行了数值计算,并讨论了系统在改变阻尼条件下的非线性动力响应问题。最后发现阻尼在一定范围内变化时,系统会出现混沌运动。     

基于非线性动力学的声呐回波特征提取

文章介绍了以多项式拟合的方法进行信号重构的非线性动力学模型,选取少量的拟合系数作为衡量信号与干扰的特征差异的表征量,构成“动力学分类器”。在完善了用于相空间重构的动力学模型基础上,确定了用于目标回波的主要非线性系数。数据分析结果表明了该方法的有效性,得出的结论表明主动声纳回波具有与混响不同的非线性动力学特征,且不同目标之间的非线性动力学特征也不相同,这为回波的非线性动力学建模及其用于检测与分类奠定了基础。     

非线性多自由度转子系统精细数值积分

针对非线性动力学问题中的刚度病态或奇异的问题，在某些高精度算法失效的情况下，经过恒等变换，抑制了刚度奇异和病态，然后通过哈密顿体系的常用方法将原方程转化为一阶微分方程，并利用求解非线性动力学方程的分段直接积分法进行逐步积分计算，提出了处理刚性问题的一般方法。以动力学行为极其复杂的非线性油膜力支撑的多自由度转子系统为例，采用较大时间步长获得到了较为理想的计算结果。     

Stochastic analysis of nonlinear vehicle systems using a generalized harmonic linearization technique

The discrete harmonic linearization method which is applicable to stochastic systems could not provide an equivalent stiffness coefficient for a nonlinear restoring element. In this paper, this technique is generalized to obtain linear representations of both nonlinear restoring and damping elements, based on a principle of energy similarity of dynamic elements. A numerical iterative procedure is presented to compute the local linear coefficients of nonlinear dynamic elements. A nonlinear system is then represented by a set of its complex frequency response function matrices, as functions of the excitation frequency. Stochastic analysis of general multi-DOF nonlinear vehicle systems is established in terms of response PSD characteristics.     

Applications of a reduction method for reanalysis to nonlinear dynamic analysis of framed structures

 This paper is concerned with the nonlinear dynamic analysis of framed structures using a reduction method recently proposed by the authors. The reduction method is originally devised for structural static reanalysis and has been applied in optimal design of structures to speed up the design process. For nonlinear dynamic analysis of framed structures, the incremental or iterative equations of motion can be transformed into an algebraic system of equations if appropriate integration methods such as Newmark's method are used to integrate the equations of motion. The resulting algebraic system, referred to as the effective system in this paper, changes during the simulation for a nonlinear dynamic problem. Therefore, from the point of view of solving systems of equations, a nonlinear dynamic problem is very similar to an optimal design problem in that the system of equations changes for both types of problems. Hence, any reanalysis technique can be readily applied to carry out a nonlinear dynamic analysis of structures. As demonstrated from the presented numerical examples, the response obtained by the adopted reduction method is as accurate as that obtained by the Cholesky method, and as estimated from the operation counts involved in the method, it is more efficient than the Cholesky method when the half-band width is greater than about 50. Received 23 March 2000     

非线性系统响应功率谱密度的小波-Galerkin方法

发展了广义谐和小波在确定非线性系统随机动力响应中的应用。首先,利用周期广义谐和小波展开非线性动力微分方程,并考虑小波的联系系数后,可将动力微分方程转化为一组非线性代数方程。其次,利用Newton迭代法数值解答了非线性代数方程,得到了非线性动力响应的小波变换。最后,根据响应时变功率谱与各阶小波变换之间的关系,计算求得了非线性动力响应的功率谱密度。数值模拟显示了本文建议方法与Monte Carlo模拟之间的吻合程度。     

Polynomial Fitting of Interferograms with Gaussian Errors on Fringe Coordinates. III. Nonlinear Solution

Assuming that the measured coordinates of the fringes of an interferogram have random errors and that they are considered Gaussian, the system of normal equations that is obtained on application of the least-squares method is converted into a nonlinear set of equations. We present an algorithm to estimate the coefficients of the nonlinear system by applying the Newton-Raphson method and starting the iteration from the standard classic solution. This algorithm is applied to a pattern of straight and equally spaced fringes, obtaining not only the right coefficients but also the adequate election of the terms to be included in the model, to show the contrast with the results of the classic method.     

A BEM approach to static and dynamic analysis of plates with internal supports

A boundary element approach is developed for the static and dynamic analysis of Kirchhoff's plates of arbitrary shape which, in addition to the boundary supports, are also supported inside the domain on isolated points (columns), lines (walls) or regions (patches). All kinds of boundary conditions are treated. The supports inside the domain of the plate may yield elastically. The method uses the Green's function for the static problem without the internal supports to establish an integral representation for the solution which involves the unknown internal reactions and inertia forces within the integrand of the domain integrals. The Green's function is established numerically using BEM. Subsequently, using an effective Gauss integration for the domain integrals and a BEM technique for line integrals a system of simultaneous, in general, nonlinear algebraic equations is obtained which is solved numerically. Several examples for both the static and dynamic problem are presented to illustrate the efficiency and the accuracy of the proposed method.     

基于最优极点配置的混合轴承-转子系统振动控制

针对电液伺服控制的主动混合滑动轴承,研究了基于最优极点配置的转子振动控制方法和策略.根据扰动压力法求解非线性Reynolds方程及流量平衡方程得到轴承和伺服控制系统线性化的动态特性系数,用以建立系统线性状态空间模型;给出了极点配置和最优控制相结合的状态空间反馈控制策略,以克服多输入系统常规极点配置方法状态反馈不唯一的缺陷.计算结果表明,由于转子不平衡或同步激励引起的转子振动得到了有效抑制,在外部突发激励作用下,转子也具有优越的动态响应特性,验证了控制方法的有效性.     

正交面齿轮传动系统非线性振动特性研究

作为一种新型传动形式,面齿轮传动在高速大功率场合的应用越来越多,其非线性振动特性分析对提高其工作可靠性具有重要意义。为研究正交面齿轮传动系统的非线性动力学特性,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传动误差、阻尼和外激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF(Poincaré-Newton-Floquet)方法对系统的动力学微分方程进行求解。计算结果表明：随着转速增大,系统呈现混沌-周期-混沌的运动特征,不同的混沌区域间存在周期窗口;在不同的参数条件下系统会出现4种动态响应,即简谐响应、次谐波响应、拟周期响应及混沌响应;不同的响应特性对应的动载系数幅值差别非常大,应尽量调节系统转速,使系统的动态响应保持在周期窗口内。