气浮轴承支持的复杂转子系统非线性动力学行为分析

论文摘要

旋转机械是工业部门中应用最广泛的一类机械设备,转子—轴承系统作为旋转机械的核心部件,在工业各个重要领域发挥着无可替代的作用。为满足现代工业不断发展的需求,旋转机械向着高速、复杂的方向发展,其非线性动力学行为变得十分复杂。传统的将转子—轴承系统简化为少数几个集中质量的模型的处理方法已不再适用。基于此,本文讨论了实际轴承—复杂转子系统的分析方法并分析了其动力学行为。首先,采用有限元方法建立了刚性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统和弹性支承—滑动轴承—转子非线性动力系统的有限元模型。然后,针对转子—轴承系统的局部非线性特点基于固定界面部件模态综合法对非线性振动方程降维,使刚性支承系统自由度数由原来的60个降到12个,弹性支承系统由64个降到16个。降维之后,利用Newmark方法对降维系统进行数值求解,分析了轴承转子系统随不同参数变化而出现的非线性动力学现象,结果表明:系统存在丰富的复杂动力学行为;相似结构的分岔类型基本一致,但随着圆盘质量的增加分岔提前,失稳转速随之降低;适当刚度的弹性支承的加入,能有效地提高系统运动稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外非线性转子动力学研究现状
• 1.3 非线性转子动力学研究中存在的一些问题和发展趋势
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 非线性动力学及转子动力学基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 非线性振动系统与线性振动系统的比较
• 2.3 动力系统的基本理论
• 2.3.1 自治连续时间动力系统
• 2.3.2 非自治连续时间动力系统
• 2.3.3 自治系统和非自治系统之间的关系
• 2.3.4 状态空间、平衡点及其稳定性
• 2.4 分岔的基本概念
• 2.5 混沌理论
• 2.5.1 混沌的概念
• 2.5.2 混沌运动的基本特征
• 2.5.3 混沌与随机
• 2.5.4 通向混沌的道路
• 2.5.5 混沌的研究方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 气浮轴承转子系统动力学建模
• 3.1 引言
• 3.2 非线性油膜力模型
• 3.3 运动微分方程
• 3.3.1 刚性支承—滑动轴承—转子系统运动微分方程
• 3.3.2 弹性支承—滑动轴承—转子系统运动微分方程
• 3.4 气浮轴承转子系统降维分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 气浮轴承转子系统动力学行为分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算响应的newmark法
• 4.3 数值分析
• 4.3.1 刚性支承—滑动轴承—转子系统计算结果
• 4.3.2 弹性支承—滑动轴承—转子系统计算结果
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况