多重故障转子轴承系统非线性动力学稳定性分析及实验研究

摘要

该文以转子系统的各种类型的故障为主要研究对象,首先介绍了非线性非自治系统周期解稳定性及分岔的基本理论,研究了求解非线性非自治系统周期解及判断其稳定性的延拓打靶算法,为该文的研究工作奠定了理论基础.在此基础上,较详细地研究裂纹、碰摩等单一故障的转子轴承系统以及裂纹-碰摩、基础松动-碰摩、基础松动-裂纹等耦合故障转子轴承系统的周期运动稳定性及其分岔失稳规律,主要工作有以下几个方面:1.研究了求解非线性非自治系统的周期解及判断其稳定性、分岔的延拓打靶算法,并编制了C语言程序用于对各种故障转子轴承系统的周期运动及其稳定性和分岔的研究.2.根据碰摩转子轴承系统的非线性动力学模型,利用延拓打靶算法,在碰摩转子轴承系统不平衡量-转速和碰摩间隙-转速参数域内,研究系统的周期运动及其分岔失稳等动力学行为,得到了系统周期运动的稳定性及失稳规律;建立了研究转子轴承系统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的特征.3.根据支承在短轴承上的裂纹转子轴承系统的非线性动力学模型,分析了系统在不平衡量-转速和裂纹深度-转速等参数域内,周期运动的稳定性及其失稳规律,并用单跨 Jeffcott转子试验台验证了主要的理论结果.4.转子轴承系统裂纹故障的出现会引起转子系统转静件之间碰摩故障的发生,因此裂纹碰摩耦合故障也是转子系统常见的故障类型,该文在裂纹碰摩耦合故障转子轴承系统的非线性动力学模型基础上,分析了系统在不平衡量-转速、碰摩间隙-转速、裂纹深度-转速等参数域内,周期运动的稳定性及其失稳规律,并用实验验证了主要理论结果.5.出现基础松动的转子轴承系统会引起系统振动量的加大,进而可能引起转定子的碰摩故障的产生.6.以含有松动和裂纹耦合故障的转子轴承系统为研究对象,研究了系统周期运动的稳定性及其失稳规律,分析了该故障对转子轴承系统运行稳定性的影响,通过试验,验证了主要的结果.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2非线性系统动力稳定性及分岔混沌问题研究现状

1.2.1结构稳定性与分岔

1.2.2研究分岔的理论方法

1.2.3研究分岔的数值方法

1.2.4有关混沌研究的情况

1.3非线性转子轴承系统中的分岔与稳定性的研究现状

1.3.1具有非线性油膜力的转子系统的分岔与稳定性的研究现状

1.3.2裂纹转子轴承系统分岔与稳定性的研究现状

1.3.3碰摩转子轴承系统分岔与稳定性的研究现状

1.3.4基础松动转子轴承系统分岔与稳定性的研究现状

1.3.5耦合故障转子轴承系统分岔与稳定性的研究现状

1.4问题的提出及本文研究的主要内容

第二章非线性动力系统周期运动稳定性的数值研究方法

2.1概述

2.2非线性动力系统的基本概念

2.2.1连续动力系统

2.2.2 Poincare映射与离散动力系统

2.3非线性非自治系统周期运动的求解方法

2.3.1周期解的求解方法

2.3.2确定牛顿迭代初始值的延拓法

2.4非线性动力系统周期解的稳定性及分岔理论

2.4.1 Floquet理论

2.4.2周期运动的稳定性及分岔

2.5数值算例分析

2.6本章小结

第三章碰摩转子轴承系统周期运动的稳定性及分岔的研究

3.1概述

3.2碰摩转子轴承系统的力学模型

3.3碰摩转子轴承系统分岔及稳定性的数值分析

3.3.1偏心量对系统周期运动的分岔及稳定性的影响

3.3.2碰摩间隙对系统周期运动的分岔及稳定性的影响

3.4碰摩转子轴承系统非线性动力学行为实验研究

3.4.1碰摩转子系统实验装置及实验方案

3.4.2实验结果及分析

3.5本章小结

第四章裂纹转子轴承系统周期运动的稳定性及分岔的研究

4.1概述

4.2裂纹转子轴承系统的数学模型

4.2.1刚度影响系数的计算

4.2.2裂纹转子-轴承系统数学模型的建立

4.3裂纹转子轴承系统分岔及稳定性的数值分析

4.3.1偏心量对系统周期运动分岔及稳定性的影响

4.3.2转轴裂纹扩展对系统周期运动分岔及稳定性的影响

4.4裂纹转子轴承系统非线性动力学行为的实验研究

4.4.1裂纹转子实验装置和实验方案

4.4.2实验结果及其分析

4.5本章小结

第五章碰摩裂纹转子轴承系统周期运动的稳定性及分岔研究

5.1概述

5.2碰摩裂纹转子轴承系统的运动微分方程

5.3碰摩裂纹转子轴承系统分岔及稳定性的数值分析

5.3.1偏心对系统周期运动稳定性及分岔的影响

5.3.2碰摩间隙对系统周期运动稳定性及分岔的影响

5.3.3裂纹深度对系统周期运动稳定性及分岔的影响

5.4碰摩裂纹转子轴承系统非线性动力学行为的实验研究

5.4.1实验装置和实验方案

5.4.2实验结果及分析

5.5本章小结

第六章基础松动碰摩转子轴承系统周期运动的稳定性及分岔的研究

6.1概述

6.2松动碰摩转子轴承系统的力学模型

6.3松动碰摩转子轴承系统分岔及稳定性的数值分析

6.3.1转子不平衡量对系统周期运动稳定性及分岔的影响

6.3.2转子碰摩间隙对系统周期运动稳定性及分岔的影响

6.3.3不同故障因素对系统的影响

6.4.系松动碰摩转子轴承系统非线性动力学行为的实验研究

6.4.1实验装置和实验方案

6.4.2实验结果及分析

6.5本章小结

第七章基础松动裂纹转子轴承系统周期运动的稳定性及分岔的研究

7.1概述

7.2松动裂纹转子轴承系统的力学模型

7.3松动裂纹转子轴承系统分岔和稳定性的数值分析

7.3.1系统的偏心量对周期运动稳定性及分岔的影响

7.3.2裂纹深度对系统的周期运动稳定性及分岔的影响

7.3.3几种故障因素对系统的影响

7.4系统非线性动力学行为的实验研究

7.4.1实验装置和实验方案

7.4.2实验结果及其分析

7.5本章小结

第八章结论与展望

参考文献

致谢

附录A作者简介

附录C攻读博士学位期间参加的科研项目