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《南京航空航天大学》 2002年
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轴承—转子系统非线性动力学若干问题研究

孙保苍  
【摘要】: 旋转机械广泛应用于机械、动力、航空航天等工程技术领域。当前,随着科学技术的不断进步,旋转机械的设计正日益朝着大功率、高转速及柔性等方向发展。使用中也出现了许多用传统的线性理论无法解释的现象(如混沌现象,概周期运动等),并导致了许多严重的事故。本课题“轴承—转子系统非线性动力学若干问题研究”来源于东南大学火电机组国家振动研究中心。在此背景下,以轴承—转子系统为研究对象,利用数值积分法和Poincare映射并结合谱分析,研究了转子动力学中的若干非线性问题,所得结果为有关旋转机械的设计及故障监测与诊断提供了一定的依据。 论文首先介绍了非线性转子动力学中常用的有关基本理论及本文采用的一种非线性非稳态油膜力模型,并利用该模型从多个角度研究了轴承—刚性转子的非线性动力学行为。结果表明,在这一非稳态油膜力模型下,在转速、无量纲偏心及一包含诸多因素的综合参数的变化过程中,在很大的范围内,系统运动都会出现由不断倍周期分岔导致的混沌现象和概周期运动。 以轴中间存在弓形裂纹的Jeffcon弹性转子为研究对象,考虑转轴涡动对裂纹开闭规律的影响,建立了轴承—弹性裂纹转子的非线性动力学模型。在此基础上研究了非线性油膜力和裂纹共同作用下系统某些参数的变化对系统的非线性动力学行为的影响。在特定的参数组合下,也会导致系统的混沌运动等复杂动力学行为。所得结果对于同类型旋转机械的故障监测与诊断具有一定的指导意义。 鉴于工程中广泛使用有限宽轴承,而对于这种轴承的油膜力的计算,采用数值方法计算工作量很大,而解析法又无能为力的情况,本文引入了一种适用于工程精度要求的平均本征值法。利用这种非线性油膜力模型研究了轴承—转子系统的非线性动力学行为并得到了一些有益的结果。所得结果对于工程实际同类型转子的设计与计算具有一定的借鉴意义。 最后对全文研究工作的创新之处进行了总结,指出了今后需进一步研究的方向和任务。
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