实验研究随机支撑刚度参数对转子系统动力学性能的影响

论文摘要

支撑刚度参数是转子系统的重要动力学参数，对系统的动力学性能具有重要的影响。在实际的工程中，由于制造、安装、运行、维护等多种因素的影响，转子系统的刚度模型往往具有随机性，用随机参数模型来描述更能反映实际情况。研究随机支撑刚度参数对转子系统动力学性能影响的理论成果很多，但由于实验研究随机支撑刚度动力学问题需要加工大量的试件，这在研究时间和成本上都是不允许的，因此相关的研究很少。本文设计、加工了一种低成本的随机支撑刚度参数模拟试验平台，实验研究了随机支撑刚度参数对转子系统动力学性能的影响。主要研究内容和研究成果如下：1.以LabVIEW为开发平台，设计开发了基于虚拟仪器技术的振动信号测试与分析系统，用于测量转子系统的振动信号。2.基于电磁支撑的工作原理，以实验室现有的转子实验台为研究对象，设计、加工了电磁支撑，构建了电磁支撑-转子-轴承系统，用于在实验室条件下模拟转子系统的随机支撑刚度参数；以该系统为研究对象，分析了电磁支撑不通电时，影响系统动力学性能的各种不确定参数，给出了逐步识别这些不确定参数的实验方法，识别出了这些不确定参数，建立了电磁支撑-转子-轴承系统的实验研究模型，为实验研究随机支撑刚度转子系统固有频率消除了干扰因素。3.以电磁支撑-转子-轴承系统为研究对象，实测了电磁支撑通入0200mA励磁电流时转子系统的固有频率，识别出了电磁支撑在不同励磁电流工况下的实际刚度参数，找出了电磁支撑的线性工作区。由于在线性工作区内支撑刚度参数与励磁电流呈线性关系，通过控制电磁支撑励磁电流的随机分布特征，可以实现各种支撑刚度参数的随机模拟。4.以电磁支撑-转子-轴承系统为实验平台，给出了一种模拟随机支撑刚度参数的实验方法，实验研究了随机支撑刚度参数符合正态分布时转子系统固有频率的均值、方差和随机分布，通过实验值、摄动值及Monte Carlo模拟结果的对比，证明了该方法可以实现转子系统支撑刚度的随机模拟，且实验结果可信，降低了实验成本，提高了经济效益。该实验平台可用于后续转子系统随机动力学响应问题的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景及现状
• 1.2 本文研究目的及意义
• 1.3 本文研究内容及安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 虚拟振动测试与分析系统的设计
• 2.1 概述
• 2.2 虚拟仪器的结构特点
• 2.2.1 结构
• 2.2.2 特点
• 2.3 振动测试系统设计思路
• 2.4 系统要求
• 2.5 系统硬件配置
• 2.5.1 计算机的选择
• 2.5.2 数据采集卡的选择
• 2.5.3 传感器的选择
• 2.6 系统软件总体设计
• 2.6.1 软件开发平台的确定
• 2.6.2 系统软件功能设计
• 2.7 系统各功能模块的实现
• 2.7.1 数据采集模块的实现
• 2.7.2 时域分析模块的实现
• 2.7.3 频域分析模块的实现
• 2.7.4 文件管理模块的实现
• 2.8 调试运行系统
• 2.9 本章小结
• 第三章 电磁支撑-转子-轴承系统不定参数识别
• 3.1 概述
• 3.2 转子实验台
• 3.2.1 转轴
• 3.2.2 滑动轴承
• 3.2.3 电机
• 3.3 电磁支撑系统
• 3.3.1 电磁支撑系统的工作原理
• 3.3.2 电磁支撑的结构设计
• 3.3.3 电流源的选择
• 3.4 参数识别实施方案
• 3.4.1 识别对象
• 3.4.2 识别方法及实施方案
• 3.5 测试系统
• 3.6 实验过程及结果
• 3.6.1 转轴简支
• 3.6.2 安装轴套
• 3.6.3 松开联轴器
• 3.6.4 紧固联轴器
• 3.7 识别结果及其分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 随机变刚度电磁支撑实验模型的建立
• 4.1 概述
• 4.2 研究思路
• 4.3 实验方案
• 4.3.1 确定电磁支撑通电方式
• 4.3.2 调节电磁支撑静态间隙
• 4.4 实验过程及结果
• 4.5 实验数据分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 随机变刚度支撑转子系统固有频率的实验研究
• 5.1 概述
• 5.2 研究方案
• 5.3 随机电流源的设计
• 5.3.1 随机电流源的设计方案
• 5.3.2 控制程序的设计
• 5.3.3 控制电路的设计
• 5.3.4 随机电流源的标定
• 5.3.5 随机电流源的实验测试
• 5.3.6 实验过程
• 5.3.7 数据分析
• 5.4 随机电流的产生
• 5.5 随机支撑刚度的模拟
• 5.6 实验方法
• 5.7 实验结果及数据分析
• 5.7.1 实验结果
• 5.7.2 数据分析
• 5.8 实验结果对比及偏差分析
• 5.8.1 实验结果对比
• 5.8.2 偏差分析
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历