非线性故障转子系统动力学仿真和实验研究

发布时间：2017-04-08 05:24

  本文关键词：非线性故障转子系统动力学仿真和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文从理论仿真上研究了转子系统由于非线性油膜力、碰摩力等几种非线性力作用引起的分岔和混沌行为,实验研究了转子系统由于油膜涡动、油膜振荡和碰摩等几种故障作用引起的振动响应。由简单到复杂建立了三个转子系统动力学模型,求解了各非线性力作用下系统的动态响应,分析了参数变化对系统响应的影响规律。进行了不对称双圆盘油膜-碰摩耦合故障转子系统的实验研究,验证了相同模型下的理论仿真结果。通过理论和实验分析,得到了一些有价值的结论,如碰摩对油膜涡动/振荡的具体影响,为系统设计和工程实践提供了重要参考。工作主要如下:(1)针对Jeffcott转子,建立了非线性碰摩的动力学模型,数值仿真出系统的动力学响应。以激励转速为主参数,研究了偏心量、转子刚度、阻尼系数和定子刚度等参数对系统非线性行为的影响。(2)建立单圆盘对称转子-轴承系统的动力学模型,分析了非线性油膜力和碰摩力作用下的动力学响应。使用Runge-Kutta方法,分别以转速、偏心量、定子刚度和摩擦系数为分岔参数进行数值仿真求解,得到系统在不同分岔参数下多样的非线性行为特征。(3)针对不对称双圆盘转子-轴承系统,建立了不平衡、非线性油膜力和碰摩力耦合作用下的动力学模型,数值求解获得了系统在给定参数组合下的非线性动力学响应。研究了偏心量和碰摩参数变化下即不平衡力和碰摩力变化时转子-轴承系统油膜失稳的情况,利用分岔图、Poincaré截面图、轴心轨迹图和瀑布图分析了系统的非线性响应和运动形式,获得了不平衡力和碰摩力对油膜失稳的影响规律。(4)在模拟转子实验台上进行了转子-轴承系统的故障实验研究。实验主要包括:油膜失稳故障下的转子升降速实验、油膜涡动-碰摩耦合实验、油膜振荡-碰摩耦合实验。实验结果验证了同模型下数值方法的仿真结论,对转子系统的故障分析有重要的参考价值。本文的创新点:采用数值分析的方法对不对称双圆盘转子-轴承系统进行多种非线性力下的动力学研究,并对此系统进行了多故障下的实验研究,实验验证了理论仿真结果,获得了碰摩故障对油膜失稳的具体影响,为转子-轴承系统的设计修正和故障识别提供参考依据。
【关键词】：转子系统 碰摩 油膜失稳 动力学仿真 实验研究
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133;TH17
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 非线性转子动力学问题和分析方法10-13
• 1.3 非线性转子系统故障研究13-16
• 1.3.1 转定子碰摩问题研究概述14-15
• 1.3.2 转子系统油膜失稳研究概述15-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第2章 Jeffcott转子非线性特性分析18-29
• 2.1 动力学模型及基本方程18-20
• 2.2 转子偏心量变化对系统响应的影响20-22
• 2.3 转子刚度变化对系统响应的影响22-24
• 2.4 阻尼系数变化对系统响应的影响24-26
• 2.5 定子刚度变化对系统响应的影响26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 单圆盘转子系统非线性特性分析29-40
• 3.1 动力学方程及基本方程29-30
• 3.2 以转速为分岔参数的系统特性分析30-33
• 3.3 以偏心量为分岔参数的系统特性分析33-35
• 3.4 以定子刚度为分岔参数的系统特性分析35-37
• 3.5 以摩擦系数为分岔参数的系统特性分析37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 双盘不对称转子系统非线性特性分析40-61
• 4.1 力学模型和基本方程40-43
• 4.2 双盘耦合故障转子系统非线性特性分析43-60
• 4.2.1 激励转速变化下系统响应43-47
• 4.2.2 不平衡力的影响47-54
• 4.2.3 碰摩刚度的影响54-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第5章 双盘不对称转子系统耦合故障实验研究61-73
• 5.1 实验装置简介61-63
• 5.2 转子系统升降速实验研究63-66
• 5.3 定转速下油膜失稳-碰摩耦合故障研究66-72
• 5.3.1 油膜涡动-碰摩耦合故障实验一66-68
• 5.3.2 油膜涡动-碰摩耦合故障实验二68-70
• 5.3.3 油膜振荡-碰摩耦合故障实验70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 参考文献75-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-81
• 致谢81

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