转子裂纹及碰摩故障的混沌分形特征研究

发布时间：2020-10-11 18:22

　　 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。转子系统作为旋转机械的核心部件,对其动力学特性以及故障机理的研究有着重要的理论及实际意义。目前在考虑几种非线性因素(非稳态油膜力、非线性碰摩力、裂纹、碰摩)的情况下,转子系统动力学行为非常复杂、非线性动力学特性也更加丰富,对其混沌行为进行理论研究可以为转子故障诊断提供有力依据。 本文针对转子系统裂纹、碰摩以及裂纹-碰摩耦合故障建立了具有非线性碰摩力和非稳态油膜力的Jeffcott转子系统动力学模型。对单一裂纹故障、单一碰摩故障以及裂纹与碰摩耦合故障进行非线性动力学研究。考虑裂纹深度、转速比、偏心量以及综合了润滑油粘度、转子重量、轴承间隙及宽径比等多种因素的综合参数的影响,采用四阶Runge-Kutta法对所建方程进行求解,应用分岔图、时域波形图、频谱图、庞加莱映射图、相轨迹图以及轴心轨迹图研究其动力学特性。裂纹转子系统中,随着裂纹深度的增加,拟周期运动区域变少,混沌和周期运动区域增加,周期二窗口加宽并明显提前。偏心量对系统的非线性动力特性也有较大的影响,当偏心量大约在0.2~0.5内时,系统较大面积处于混沌和分岔运动状态,当小于0.2和大于0.5的区域时,系统的运动形式较为简单,这个特性在碰摩转子以及裂纹-碰摩耦合转子系统中也有体现。碰摩转子系统中,随着速度影响因数的增大,非线性摩擦力影响增大,即碰摩力作用效果增强,使得周期三窗口和混沌运动区域明显加宽,综合参数的增大对左右对称支撑的碰摩转子系统整体影响不大。裂纹-碰摩耦合转子系统较单纯裂纹故障时,明显出现周期三窗口。所做研究为今后开展转子系统的非线性动力学研究以及转子安全运行提供参考。
【学位单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH165.3
【部分图文】：

庞加莱截面是一个圆，轴心轨迹和相轨迹在一个宽带上运动，此时系统做拟周期运动。 ω =3.8时，庞加莱截面图上有五个不动点，频谱图上可以看出有五个主要的谱线，系统此时做 P-5 运动。 ω =5.2时，庞加莱截面上有七个不动点，频谱图上也可以看到七个主要的谱线，系统做 P-7 运动。 ω =9.0时，庞加莱截面图呈现一定的形状，轴心轨迹和相轨迹都比较凌乱，频谱图上出现较多的谱值，系统此时处于混沌运动状态。

不同无量纲偏心量时系统响应的庞加莱截面图

了解综合参数对转子系统非线性动力学行为的影响有着重要的意义。图2.3 分别为不同综合参数下碰摩转子系统分岔图。当综合参数 Z=150 时，系统经历的运动形式为：P-1 运动→混沌运动→P-2 运动→→混沌运动→P-3 运动→拟周期运动→P-2 运动→P-1 运动。Z=200 时，系统 P-1 运动以后混沌区域加宽，之后的 P-2 区域也加宽。Z=250 时系统的运动情况与 Z=200 时基本相同，表明当综合参数在一定范围内，改变综合参数对系统的运行状态没有太大的影响。
【引证文献】

相关硕士学位论文 前1条

1 王海飞;碰摩转子系统非线性动力学数值模拟分析[D];昆明理工大学;2012年

本文编号：2836953