轴承-转子系统自激振动及油膜力计算方法研究

摘要

本文针对轴承·转子系统的自激振动、滑动轴承油膜热效应、非线性油膜力的数据库方法等方面进行了研究，主要内容如下： 以平衡柔性转子·轴承系统为对象，采用长轴承油膜力建立其非线性模型。运用延续算法结合打靶法，计算跟踪系统的平衡点及周期解支，用Floquet理论对周期解稳定性进行分析，进而研究系统的Hopf分叉及Hopf分叉后系统的动力学行为。计算结果显示系统在一定参数下发生亚临界Hopf分叉。通过持续追踪周期解频率变化并与失稳模态频率进行对比，发现系统呈现自激锁相的特征，从而分析了非线性油膜力自激源对系统的作用机理。运用Poincare映射、分叉图、及Lyapnov指数对周期解分叉、混沌及进入和脱离混沌的过程进行了分析。 采用伪弧长算法对平衡轴承．转子系统对平衡点解及Hopf分叉后发生的周期解进行跟踪计算，伪弧长算法以解支弧长为延续参数，可以通过过解支中的转向点，求解出转速负方向的不稳定解支。计算结果显示一定系统参数下系统发生亚临界Hopf分叉，亚临界Hopf分叉导致系统发生跳跃、迟滞现象。接下来分析了相同系统参数下不同不平衡偏心的不平衡轴承-转子系统，发现系统同步周期解在发生准周期分叉情况下也出现了跳跃、迟滞现象，由此可见转子系统中一些跳跃、迟滞现象是与其平衡系统的亚临界Hopf分又有关系的。 采用有限元方法同时求解Reynolds方程和能量方程得到考虑油膜热效应的非线性油膜力，以不考虑热效应的等温情况为对比分析了油膜热效应对滑动轴承非线性动力学特性的影响，分析结果显示考虑热效应时不平衡响应的轴心的运动范围大于等温情况下的轴心运动范围，油膜热效应对轴承-转子系统动力特性的这种影响随不平衡量的增大而增大。此外采用热量平衡法确定的平均温度作为油膜温度进行等温的轴承非线性瞬态分析可以减小忽略轴承热效应所带来的误差。用轴承平均温度作为等温情况运动瞬态分析的油膜温度是可提高分析准确度的有效方法。 运用状态空间Poincare变换，利用有限元方法建立了固定瓦径向滑动轴承的非线性油膜力数据库并以此为基础建立非线性油膜力的多项式表达式。通过实际算例验证，用这种方式计算滑动轴承非线性油膜力具有和数值法相似的精度，而计算速度大大加快。接下来用有限元方法建立了实际转子振动问题的动力学模型。把非线性油膜力数据库方法和基于模态综合法的降维方法应用于实际转子的非线性动力学分析，验证了非线性油膜力数据库在实际转子非线性动力学分析中的有效性和可用性

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1转子系统非线性动力学的发展概况

1.2滑动轴承非线性油膜力模型及润滑理论研究概况

1.3本文的研究内容

第二章平衡轴承-转子系统自激振动研究

2.1引言

2.2 Hopf分叉理论

2.3周期解稳定性、Floquet理论

2.4柔性转子-滑动轴承系统动力学方程

2.5延续算法

2.6结果与讨论

2.7结论

第三章用伪弧长算法对轴承-转子系统的跳跃迟滞现象的分析

3.1引言

3.2伪弧长算法

3.3亚临界Hopf分叉的计算分析

3.4系统的不平衡响应研究

3.5结论

第四章考虑热效应的非线性油膜力及其在动力学分析中的影响

4.1引言

4.2理论方法

4.3计算结果和分析

4.4结论

第五章非线性油膜力数据库方法及其应用

5.1引言

5.2基于Poincare变换的油膜力数据库方法

5.3基于数据库的油膜力多项式表达式

5.4数据验证

5.5油膜力数据库在实际转子分析中的应用

5.6结论

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2研究工作展望

参考文献

致谢

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