碰摩转子系统非线性动力学行为研究

论文摘要

转子系统不仅是旋转机械的重要组成部分,而且也是一些机械设备如转子泵等装备中的关键部件。转子系统的碰摩是旋转机械中的常见故障之一,作为一种主要的非线性故障,其振动具有强非线性特性,它直接影响到这类机械设备的正常运转,因此开展碰摩转子系统动态特性的分析对于这类机械装备的结构优化设计和安全稳定运行具有极其重要的意义。本文在非线性振动理论与转子动力学理论的基础上,建立了两端刚性支撑的Jeffcott转子局部碰摩的动力学模型。将打靶法的思想与四阶龙格库塔法结合,对转子系统由于局部碰摩故障导致的非线性动力学行为进行了分析研究,通过数值模拟得出了转子系统碰摩的分叉图、相图、Poincaré截面图、轴心轨迹图,位移响应图和幅值频谱图,并以此分析了此类非线性振动系统的周期、拟周期、倍周期分叉、倍周期倒分叉以及混沌等复杂的非线性动力学行为,详细描述了碰摩转子系统从周期运动到混沌运动的演变过程,讨论了转子系统参数:频率比、摩擦系数、偏心量、刚度比以及阻尼比等对转子系统周期及混沌运动的影响。最后通过实验对转子碰摩故障的非线性特征进行了验证。研究结果对转子系统的故障识别与诊断具有一定的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 碰摩转子系统的动力学模型
• 2.1 概述
• 2.2 碰摩转子系统非线性动力学模型的建立
• 2.3 本章小结
• 3 碰摩转子系统非线性动力学行为分析及其数值分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 分叉与混沌概述
• 3.2.1 分叉
• 3.2.2 混沌
• 3.2.3 通向混沌的道路
• 3.3 碰摩转子系统混沌的分析方法
• 3.3.1 相平面图和Poincaré映射
• 3.3.2 频谱分析
• 3.3.3 轴心轨迹图
• 3.3.4 时域波形图
• 3.3.5 分叉图
• 3.4 碰摩转子系统非线性动力学行为的数值分析方法
• 3.4.1 龙格-库塔法（Range-Kutta）
• 3.4.2 打靶法
• 3.5 本章小结
• 4 碰摩转子非线性系统的分叉与混沌行为研究
• 4.1 概述
• 4.2 频率比ω 对碰摩转子系统的分叉和混沌运动的影响
• 4.3 摩擦系数f 对碰摩转子系统的分叉和混沌运动的影响
• 4.4 偏心量U 对碰摩转子系统的分叉和混沌运动的影响
• 4.5 刚度比k 对碰摩转子系统的分叉和混沌运动的影响
• 4.6 阻尼比ε对碰摩转子系统的分叉和混沌运动的影响
• 4.7 本章小结
• 5 碰摩转子非线性系统的实验研究
• 5.1 实验设备
• 5.1.1 转子实验台
• 5.1.2 数据采集分析系统
• 5.2 实验结果及分析
• 5.2.1 正常状态下转子系统的振动特性
• 5.2.2 轻微局部碰摩状态下转子系统的振动特性
• 5.2.3 严重局部碰摩状态下转子系统的振动特性
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录