周向拉杆转子系统非线性动力行为及稳定性

针对周向拉杆转子轴承系统,将拉杆简化为无质量、受预紧的线性弹簧,得到周向拉杆提供的附加刚度矩阵和附加广义力矩;对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,得到不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度;计入界面接触刚度和周向预紧拉杆的影响,采用受轴向载荷的Timoshenko梁轴有限单元建立周向拉杆转子轴承系统的非线性动力学模型.基于系统的局部非线性特性进行自由度缩减后,运用结合预估-校正机理的Poincaré-Newton-Floquet方法对滑动轴承支承下周向拉杆转子系统的非线性动力特性进行研究,得到不同转速和质量偏心下系统稳态周期解的稳定性边界和分岔形式.结果表明,系统存在同步周期解、准周期解和倍周期解对应的参数区域,随着转速的增加,当质量偏心较小时,周期解发生准周期分岔,当质量偏心较大时,周期解发生倍周期分岔.考虑界面接触刚度后,系统的分岔失稳转速降低;预紧不均时,系统在更低的不平衡量下发生倍周期分岔.     

拉杆转子系统的运动稳定性及分岔研究

考虑拉杆转子轮盘间的接触效应,并将此接触效应等效为一个具有非线性刚度的抗弯弹簧,从而建立了拉杆转子的运动模型,并推导了拉杆转子的运动方程。为了求解拉杆转子的动力学响应,将Wilson-θ法和预估-校正机理相结合提出了一种有效的计算方法,同时结合Floquet理论分析了拉杆转子的分岔行为。在计算时,首先比较了拉杆转子与整体转子的运动稳定性,结果显示拉杆转子比整体转子更稳定。最后,分别以量刚一转速、圆盘偏心量、转轴刚度为控制参数分析了拉杆转子的动力学行为,计算结果揭示拉杆转子具有周期、转周期、周期三、周期五等丰富的运动行为。     

挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统的非线性响应分析

为了研究转子系统非线性动力学响应,建立了挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。在转子系统模型中,考虑了转子、滚动轴承及挤压油膜阻尼器之间的相互耦合作用,并充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触和挤压油膜阻尼器非线性油膜力等。运用数值积分方法分析了转子转速、支承刚度以及挤压油膜阻尼器油膜间隙对系统动力响应的影响,并结合分岔图、频谱图、Poincaré映射图和轴心轨迹图分析了转子系统的非线性动力学响应。结果表明:转子系统当转速较高、支承刚度较大或挤压油膜阻尼器油膜间隙较大时,转子系统容易出现拟周期运动。     

轴向槽气体轴承-转子非线性系统的动力学行为

针对轴向槽气体轴承支承的转子非线性动力系统,研究了系统动力学行为的不平衡响应和分岔。采用矢量拟合近似求解的方法,建立了轴向槽气体轴承的有理函数模型,通过耦合转子运动模型,提出了一种轴向槽气体轴承-转子非线性系统动力学模型,在对其动力学行为求解过程中避免了对动态气膜力的反复求解,减少了计算时间。运用轴颈和圆盘中心的轨迹图、频谱图、Poincaré映射和分岔图分析了轴向槽气体轴承-转子系统的非线性不平衡响应和分岔行为。以转速为分岔参数研究了非线性系统从倍周期运动通向混沌的道路,以质量偏心为分岔参数研究了非线性系统的倍周期运动的倒分岔行为。数值结果表明轴向槽气体轴承-转子非线性系统存在复杂的动力学现象及分岔行为。     

双跨碰摩转子-轴承系统非线性动态响应与混沌

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转静件间的相对速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了双跨碰摩弹性转子-轴承系统动力学模型。对系统单盘和双盘碰摩的非线性动力学响应进行了数值仿真研究,发现该类系统在单盘碰摩时进入混沌的道路是倍周期分岔,离开混沌的道路为倍周期倒分岔,混沌运动区域为一体;双盘同时碰摩时,混沌运动区域中出现了2个明显的独立混沌岛。偏心量的增大,会使得系统响应更加不稳定。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了理论参考。     

不平衡磁拉力作用下裂纹转子系统的分岔

针对大型旋转机械转子系统机电耦合具有强非线性特征的问题,根据磁拉力与转子偏心的关系,推导出不平衡磁拉力(Unbalanced magnetic pull,UMP)的解析式,建立UMP作用下裂纹转子—轴承系统的动力学模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子的分岔与混沌特性.通过分岔图、Poincaré图和频谱幅值图分析UMP和裂纹深度对转子运动的影响,结果表明:UMP使转子系统随速度变化的典型动力学响应有所提前,振幅增大,幅值谱图中出现了连续幅值较大的谐波分量;随着裂纹深度的不断增加,转子系统在亚临界转速区出现了短暂的混沌运动,在临界转速附近的混沌区域不断减小,其混沌特征有所变化,且进入混沌区域的倍周期分岔运动基本消失,而在超临界转速区则出现了较长的周期7运动.研究结果为深入解析机电耦合转子系统故障机理提供有益的理论参考.     

滑动轴承-转子系统的模态锁定和混沌

分析了流体动压滑动轴承支承转子系统的稳定性和分岔.建立了流体动压滑动轴承-具有陀螺效应的刚性转子系统的运动方程,采用Hori轴承模型求解非线性油膜力及其Jacobian矩阵,将Poincaré映射和Newton-Raphson方法相结合求解系统的周期响应,结合Floquet稳定性分岔理论分析系统周期响应的稳定性和分岔形式.将转速作为分岔参数发现,随着转速的继续增加,系统基本呈现准周期运动,但在某些孤立狭窄的转速范围内系统出现了模态锁定现象,随着转速的进一步增加,系统发生混沌运动.     

齿轮耦合的转子轴承系统的不平衡响应

在考虑时变啮合刚度及齿侧间隙的情况下,建立了齿轮耦合的转子-轴承系统的多自由度非线性动力学模型。在一定的转速范围内,用数字仿真法研究了系统的不平衡响应。当转速增加接近第二阶临界转速时,系统经过一系列分岔后,将由周期、准周期运动转变为混沌运动。系统做混沌运动时,振幅及平均变形远大于其他转速下的振幅及平均变形。要想避开混沌运动,系统应该在非共振区工作。当转速超过某值时,混沌运动将激变为周期运动。在工程实际应用中,除混沌运动状态外,可用线性动力学模型来代替非线性模型。     

滚动轴承转子系统的非线性动力学特性分析

接触非线性和间隙非线性耦合导致滚动轴承 转子系统表现出复杂的动力学特性 ,在工作转速范围内系统会产生分岔混沌振动 ,从而影响系统工作的稳定性和可靠性 ;在计及轴承接触非线性和径向间隙的条件下 ,建立了滚动轴承支承的水平刚性转子系统的非线性动力学模型 ,用数值积分方法得到系统在不同参数域中的相图、轴心轨迹、频谱图及Poincar啨映射图 ,研究了系统响应随转子转速的变化趋势。结果表明 :轴承的径向间隙是决定轴承 转子系统动态响应的一个重要参数。随着间隙的增大 ,混沌响应区变宽 ,轴承的动态刚度减小 ,故在设计滚动轴承 转子系统时 ,应对径向间隙进行优选。     

含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学特性分析

考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙以及由支撑刚度变化而产生的VC(Varying Compliance,VC)振动,建立了含碰摩故障的双盘转子-滚动轴承系统动力学模型。运用四阶变步长的龙格-库塔-基尔法获得系统的非线性响应;利用分岔图、最大碰摩力曲线、频谱图以及Poincaré截面图分析系统随转子转速的变化规律;应用简单胞映射方法研究分岔图在发生跳变时系统的吸引子共存问题。分析结果表明:随着转子转速的增加,系统将出现周期运动、拟周期运动和混沌运动;分岔图在发生跳变时,系统存在周期一和周期三吸引子共存现象;该分析结果对系统在不良参数区域时,通过合理控制系统的初值条件而获得理想的系统响应具有重要意义。     

转子-轴承-密封耦合系统的非线性振动特性研究

结合短轴承非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型,运用数值积分方法分析了转子-轴承-密封耦合系统的非线性动力学特性,针对转速对耦合系统动态响应的影响进行了仿真计算,并利用转子中心分岔图、轨迹图、Poincare映射图、功率谱图分析了耦合系统的非线性动力学特性.理论分析表明:随着转速的变化,耦合系统呈现复杂的动力学行为,产生了包括单周期、3倍周期、拟周期等振动现象.     

基于精细积分法的轴承-拉杆转子系统非线性动力学分析

针对轴承-转子系统非线性动力学响应的求解问题,基于改进的精细积分法研究了拉杆转子系统的非线性动力学行为。将改进的精细积分法与Wilson-θ法、Newmark法进行比较,结果证明改进的精细积分法的计算结果比Wilson-θ法、Newmark法更接近精确解,求解了拉杆转子系统的非线性动力学响应,并且考虑了拉杆转子圆盘的摆动对转子动力学行为的影响,研究了计算步长对转子系统的非线性动力学行为的影响,结果表明:在非周期运动阶段步长对转子的动力学行为影响较大,在周期运动阶段步长对转子的动力学行为也有一定的影响。     

基于Taylor变换法的转子系统分岔与稳定性研究

对双盘转子系统的非线性动力学模型，引入求解非线性微分方程的Taylor变换法，分析转子振动系统动力学特性以及激振频率等参数对系统的影响，利用非线性动力学分析中的打靶法求该系统的周期解，并利用Floquet主导特征乘子判断不同周期轨道的失稳方式。结果表明，考虑非线性油膜力影响后，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．不平衡质量影响转子系统的分岔阈值和分岔类型，阻尼对分岔阈值和系统的运动稳定性有一定的影响。     

圆柱滚子轴承刚性转子系统周期运动分岔

推导了考虑径向力、力矩联合作用的滚子轴承的非线性轴承力和力矩,建立了圆柱滚子轴承刚性转子系统的四自由度动力学方程,利用求解非线性非自治动力系统周期解的延拓打靶算法进行计算,根据Floquet乘子判断周期运动的分岔.以某滚子轴承刚性转子系统为例,研究了该类转子系统在径向间隙-转速、阻尼-转速、力矩-转速参数域内周期运动的分岔及失稳规律.结果发现:随径向间隙、阻尼和力矩的变化,周期运动将产生倍周期或Hopf分岔,分岔转速随参数变化而改变.其中力矩的存在会明显降低系统的失稳转速,可通过选择合适的结构和工况参数尽量避免滚子轴承转子系统出现非周期运动.     

柔性支承的滑动轴承-刚性转子系统动力学特性分析

综合考虑滑动轴承油膜力支撑、柔性支承受外部激励等非线性因素的影响,建立一个两端柔性支承的刚性转子模型,运用4阶变步长Runge-Kutta算法对系统的动力学行为进行数值仿真,得到了刚性转子系统在不同外部激励幅值下随转速变化时的位移分岔图,以及特定参数下的相图、Poincaré映射图,直观揭示了系统的动力学特性.结果表明,中低速阶段,系统随着转速的提升出现了混沌、多周期、概周期、单周期等复杂动力学行为;在中速和高速阶段,系统主要是多周期和混沌运动的相互转迁,以及阵发性混沌运动现象的出现.外激励幅值的增大,会使得系统容易形成概周期运动,并导致轴颈-轴瓦处油膜力的增大.     

含外圈故障的高速列车轴承转子系统非线性动力学行为分析

针对高速动车组列车的轴箱轴承,建立一种含外圈故障的滚动轴承非线性动力学模型,并分析轴承在正常状态和故障状态下模型的非线性动力学行为。该轴承为高速列车圆锥滚子轴承,模型考虑了轴承间隙、滚子和滚道之间的非线性赫兹接触力、由于转子质量偏心引起的不平衡力等因素。对模型进行数值求解,通过对比仿真和实际求得的变刚度频率外圈故障特征频率验证了模型的正确性。得到系统复杂的非线性动力学响应,分析转子速度、故障尺寸等因素对系统稳定性的影响,随着转子速度和故障尺寸的增大,系统会逐渐偏离稳定的运动状态,更早地进入混沌。通过频谱图、相平面图、分岔图以及Poincare映射图进行系统分岔和混沌特性分析,发现了通往混沌的拟周期运动、阵发性和倍周期分岔途径。分析结果对研究列车轴箱轴承故障的产生机理和演化规律具有一定的价值。     

基座松动拉杆转子动力学分析

建立旋转机械一侧基础松动拉杆转子动力学模型,利用Wilson-θ法分析该系统的动力学响应.将考虑基础松动与不考虑基础松动的转子动力学行为进行比较,分别以转子转速和松动质量为控制参数分析了转子动力学行为,同时对比了转子松动端与未松动端的运动轨迹.研究发现,转子基础松动对其动力学行为有很大影响,考虑基础松动后,其分岔点后移,且运动行为更为复杂丰富;转子的运动行为非常丰富,主要表现为周期、倍周期、周期三、周期五、准周期、混沌等,且松动质量块也具有与转子相同的运动行为;转子松动端的振幅比未松动端的振幅大,且轨迹形状也有很大差别.     

基座松动拉杆转子动力学分析

建立旋转机械一侧基础松动拉杆转子动力学模型,利用Wilson-θ法分析该系统的动力学响应.将考虑基础松动与不考虑基础松动的转子动力学行为进行比较,分别以转子转速和松动质量为控制参数分析了转子动力学行为,同时对比了转子松动端与未松动端的运动轨迹.研究发现,转子基础松动对其动力学行为有很大影响,考虑基础松动后,其分岔点后移,且运动行为更为复杂丰富;转子的运动行为非常丰富,主要表现为周期、倍周期、周期三、周期五、准周期、混沌等,且松动质量块也具有与转子相同的运动行为;转子松动端的振幅比未松动端的振幅大,且轨迹形状也有很大差别.     

转子系统松动与碰摩耦合故障非线性特性研究

建立了带有支座松动故障的非线性刚度转子系统局部碰摩动力学模型 ,利用数值积分和 Poincaré映射方法 ,对转子系统由于支座松动与局部碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究 ,给出了系统响应随转子转动频率和偏心量变化的分岔图和一些典型的 Poincaré截面图、相平面图、轴心轨迹和幅值谱图等 ,以及非线性刚度对系统响应的影响。从中发现此类非线性振动系统具有周期、倍周期和混沌等复杂的动力学行为     

基于Wilson-θ法的柔性转子系统的动力学分析

根据转子动力学理论建立了对称柔性转子-轴承系统的力学模型及非线性动力学方程;运用Wilson-θ法,并结合预估-校正机理和Newton-Raphson法,提出了一种有效的求解动力学系统不平衡响应的方法。以柔性转子转轴的刚度为控制参数,运用该方法求解了转子系统的不平衡周期响应,并结合Floquet分岔理论和Poincaré映射,分析了系统周期运动的稳定性及其分岔行为。数值结果揭示了系统具有周期运动、三周期运动、准周期运动、五周期运动、跳跃等复杂丰富的非线性动力学现象。