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《东北大学》 2002年 博士论文
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转子系统故障的若干非线性动力学问题及智能诊断研究

罗跃纲  
【摘要】:旋转机械是指大型汽轮发电机组、水轮发电机组、核电机组、航空航天发动机、高速压缩机、离心机、离心泵和高精度机床等以转子系统为工作主体的机械设备,它们广泛地应用于电力、石化、冶金、机械、航空等各工业部门。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。这一方面提高了生产率,降低了生产成本;但另一方面,这些设备一旦发生故障,所造成的经济损失将会成倍的增加。最近几十年来由于机械设备故障导致的灾难性事件时有发生,造成的经济损失、人员伤亡和社会影响也是难以估量的。因此,一方面对于旋转机械在速度、容量、效率和安全可靠性等方面提出了更高的要求;另一方面使得发展并应用先进的状态监测与诊断技术对设备故障进行检测和诊断显得尤为重要。 本文以旋转机械的转子系统和工程结构为主要研究对象,首先系统阐述了转子系统中转轴的非线性刚度问题、转静子碰摩和基础松动等非线性故障转子动力学问题及研究方法、基于神经网络的智能诊断技术的研究目的、意义与研究概况,存在的问题与不足。在此基础上,系统、深入地研究了非线性转子系统由于转轴非线性刚度、碰摩和松动耦合故障引起的分岔与混沌行为,以及若干相关问题;结构损伤智能诊断识别中特征(敏感)参数的选取问题、智能诊断方法的改进措施,以及在设备与结构故障诊断中的应用问题。本文的主要工作有以下几个方面: 1. 建立了具有非线性刚度轴支撑的Jeffcott 转子系统动力学方程,利用多尺度法对弱非线性刚度系统的非共振、主共振、超谐共振和亚谐共振响应进行了分析;并应用数值分析方法研究了具有强非线性刚度系统响应的复杂动力学行为,系统参数变化对系统动力学响应的影响以及混沌运动的激变特性。 2. 真实的转子系统的刚度通常是非线性的,本文建立了具有非线性刚度的转子系统局部碰摩的动力学微分方程,并应用数值分析方法研究了此类系统响应的复杂动力学行为,利用转子响应的分岔图、最大Lyapunov 指数曲线图、Poincaré截面映射图、时域波形图、相轨线图、轴心轨迹图、幅值谱图和功率谱图等图形分析了系统响应的周期运动、拟周期运动、


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