耦合故障转子系统非线性动力学若干问题

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1、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于学位论文作者签名：≯汐年6月to日保密口，在年解密后适用本授权书。不保密团。带弋指导教师签名：3却弓孚笔d夕f。年石月r／日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文

2、中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：W【9年16月fDEt江苏大学硕士学位论文第一章绪论1．1课题研究目的和意义旋转机械是工业部门应用最为广泛和关键的设备之一，转子．轴承系统作为旋转机械最为核心的部件，在石化、国防、能源、机械和交通等领域发挥着非常重要的作用。由于材料性能、技术和设计等原因，这类设备常常出现各种不同形式的故障而影响其正常和有效的运行，

3、甚至引发严重的事故，导致重大的损失。因此人们对旋转机械的设计，特别是对预防故障发生的研究提出很高的要求。但由于转子系统所出现的故障多属于非线性的范畴，其动力特性较为复杂，对它的研究还存在一定难度。国内外许多科技工作者和研究人员都致力于非线性动力学的求解、故障特征与诊断方法的研究，取得了很多重要的研究成果，诊断技术也得到了长足的发展，并在此基础上研制出多种诊断设备并应用于所研制的工程实际当中，取得了重大的经济效益和社会效益。但由于非线性动力学问题很难求得其精确解，以往对于非线性动力系统的研究，仅仅采用平均法、小参数法、多尺度

4、法等非线性振动理论来求其近似解，其准确性和精确度尚未达到理想的地步，对转子系统故障发生的机理也未充分揭示。为了从理论上对故障产生的机理做出更为具体的解释，近些年来，国内外的科技工作者和研究人员采用现代非线性动力学分岔理论对故障转子系统动力学特性进行分析和研究【1。3】。转子系统的故障种类很多，主要有转子裂纹、轴承油膜振荡、转子静动件之间的碰摩、轴承支座与基础之间的松动，以及这些故障组合而成的耦合故障等。传统的转子动力学研究轴承转子系统大多采用线性转子动力学理论。随着机械运转速度的同益提高和新型材料的出现，线性理论在解决转子

5、动力学问题上的不足逐渐显露出来。对于大型旋转机械中存在的气浮力、密封力、叶尖气隙力等众多强非线性激励源，会导致转子．轴承系统存在许多非线性问题，而且转子．轴承系统发生故障时，非线性问题就会更加突出。这些非线性因素引起的各种动力学行为尚未彻底弄清，不能满足现代各种工程设计的需要，迫切需要建立转子．轴承系统存在小间隙非线性激励作用下仍具有良好动力学性态的非线性动力学理论。因此必须在非线性动力学理论研究的基础上，深入研究非线性气浮力、失稳和非线性江苏大学硕士学位论文动力学行为。将转子．轴承一基础系统等看成一个整体系统，采用非线性

6、动力学理论和方法对整体系统进行分析和研究，揭示整体系统存在的各种非线性动力学行为，提出整体系统的非线性动力学理论及设计方法，研究旋转机械中存在的各种实际问题。这对提高旋转机械运行的稳定性、安全性、可靠性具有重要的现实意义和实践工程背景【铀】。近年来，现代非线性动力学理论的研究取得了很大进展，国内外科技工作者和研究人员采用非线性理论对转子系统做了大量的研究工作【7。91。诸如转子系统裂纹故障的分岔与混沌行为及裂纹故障转子称定性的研究，转子系统油膜振荡的研究，转子系统碰摩的研究，转子系统基础松动的研究，转子系统分岔与混沌行为及

7、其稳定性的研究，转子系统故降慢变过程及突变的研究等取得了一系列显著的研究成果，为单一故障转子的诊断和预测提供了丰富的理论依据。但目前对多重故障转子系统的动力学和故障机理研究还比较少，而工程实际当中转子系统的耦合故障又是很常见的，比如裂纹转子系统在一定情况下会产生转静子碰摩，油膜振荡转子系统在某些干扰下也会产生碰摩故障等。耦合故障转子的动力学行为较单一故障转子要复杂很多，并且存在许多独特的动力学特性。由于多重故障转子的耦合特性，用单一故障转子诊断方法去诊断多故障转于必将发生错误。现在，多故障转子故障诊断的理论依据还很不充分，

8、为解决多故障转子的诊断方法问题，用非线性理论研究多故障转子系统的非线性动力学问题和故障机理己是一项十分迫切的工作。本论文在阅读大量相关科技文献的基础上，以现代非线性动力学理论和转子动力学理论为基础，采用短轴承非稳态气浮力公式【10J和非稳态气浮力转子一轴承系统裂纹模型【11】，研究了一个考虑气浮力作用的