一种非线性转子—轴承—密封系统的动力学行为分析以及控制研究

发布时间：2017-10-30 00:22

  本文关键词：一种非线性转子—轴承—密封系统的动力学行为分析以及控制研究

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【摘要】：对于一些高速旋转机械,转子都被认为是其中非常重要的一个环节,并且转子的运行状态正常与否直接影响了其运动状况和动力传输情况.但由于转子受到多种非线性因素的影响,当转子处于工作状态时,会造成系统各种无规律的振动,这样的无规则运动对于机械系统能否高效率的工作将造成很大影响.而当发生故障时,转子系统的运动特性也将变得更加复杂,尤其是其轴承所承受的的非线性油膜力或是非线性密封力都对其性能有着显著影响,例如大多数学者所研究的转子-轴承系统、转子-密封系统等等,但他们都只考虑单因素对转子动力学特性的影响,因此,我们需要对转子系统的耦合故障进行更深入的研究. 在二十一世纪,随着计算机技术的飞速发展,一些理论无法解决的问题在计算机面前都迎刃而解,这使得国内外的学者对转子系统的研究都前进了一大步.因此我们可以通过计算机的数值模拟所得到的分岔图结合Lyapunov指数图来分析系统的动力学行为,并利用一些庞加莱映射图、时间相应图和相图等进行进一步的分析研究,使得结果具体化、形象化,更加便于系统的分析研究.根据这些研究发现转子系统的动力学行为及其振动状态不但会受其转速、阻尼、刚度等参数的影响,还会受其密封力的影响.但由于密封力分析更为复杂,对系统的运动特性分析带来很大困难,所以在转子动力学的研究中计算机分析变得越来越重要. 本文所做的工作主要有: 1简单介绍了转子-轴承-密封系统的国内外研究意义以及研究现状,以及一些定义、定理、研究方法和判别方法. 2简单介绍了非线性系统所用到的一些分析方法,以及简明的提出了关于如何判定周期解、拟周期解及混沌解,使我们认识了分岔图、Lyapunov指数图、相图和庞加莱图之间的区别和判定,并介绍了一些控制方法. 3建立了转子-密封系统的数学模型,对其进行了平衡点以及特征值的计算,又利用R-H稳定性准则对此系统进行了Hopf分岔的判断和计算,最后用数值模拟的方法对结论进行了验证. 4建立了转子-轴承-密封系统的数学模型,其中由单一的密封力变为了油膜力和密封力的耦合,使系统的运动特性更为复杂；然后对转子-轴承-密封系统进行数值模拟,并利用分岔图结合Lyapunov指数图、相图和庞加莱映射图、时间响应图等对系统在不同参数(如转速、阻尼c1、刚度k1、偏心量r、密封压强P等)下的动力学行为进行分析研究,从而得到了系统含有油膜力和密封力的最优取值. 5分别用了分段二次函数x x的控制方法和比例微分的控制方法对转子-轴承-密封系统进行了控制研究,还研究在不同参数(如控制参数K2、阻尼c1等)下对系统控制结果的影响.
【关键词】：非线性动力学 转子 密封 稳定性 控制
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113;TP13
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-12
• 1.1 引言10
• 1.2 转子-轴承-密封系统的研究意义10-11
• 1.3 本文内容安排11-12
• 2 转子-轴承-密封系统的动力学行为分析方法以及控制方法12-17
• 2.1 转子-轴承-密封系统稳定性分析的方法和判定12-13
• 2.1.1 特征值判据12-13
• 2.1.2 Hurwitz稳定性准则13
• 2.2 转子-轴承-密封系统的动力学行为判别方法13-15
• 2.2.1 周期解、拟周期解和混沌解的判别13-14
• 2.2.2 最大Lyapunov指数图14
• 2.2.3 分岔图14
• 2.2.4 相图和轴心轨迹图14
• 2.2.5 庞加莱映射图14-15
• 2.3 混沌的控制方法15-16
• 2.3.1 混沌控制的定义15
• 2.3.2 x x 反馈控制15
• 2.3.3 比例微分控制器控制15-16
• 2.4 本章小结16-17
• 3 转子-密封系统的动力学行为分析17-24
• 3.1 转子-密封系统的数学模型的建立17-18
• 3.2 平衡点分析18-20
• 3.3 Hopf分岔的判定20-23
• 3.4 本章小结23-24
• 4 转子-轴承-密封系统的动力学行为分析24-41
• 4.1 转子-轴承-密封系统的数学模型的建立24-26
• 4.2 不同参数对转子-轴承-密封系统的影响26-40
• 4.2.1 转速对转子-轴承-密封系统的影响26-32
• 4.2.2 圆盘等效阻尼对转子-轴承-密封系统的影响32
• 4.2.3 偏心距对转子-轴承-密封系统的影响32-34
• 4.2.4 密封压差对转子-轴承-密封系统的影响34-35
• 4.2.5 刚度对转子-轴承-密封系统的影响35-40
• 4.3 本章小结40-41
• 5 转子-轴承-密封系统的控制研究41-48
• 5.1 分段二次函数x x 的控制研究41-43
• 5.2 比例微分的控制研究43-47
• 5.2.1 控制参数 K2对系统控制结果的影响44-46
• 5.2.2 阻尼 c1对系统控制结果的影响46-47
• 5.3 本章小结47-48
• 6 总结与展望48-49
• 总结48
• 研究展望48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-52
• 攻读学位期间的研究成果52

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本文编号：1115306