【摘要】： 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩故障是一種強非線性現(xiàn)象,具有復雜的非線性動力學行為。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和載荷的不斷提高以及新型材料的日益推廣使用,系統(tǒng)的非線性將更加突出,表現(xiàn)出混沌特性。從理論和實驗兩方面識別碰摩轉(zhuǎn)子的復雜動力學現(xiàn)象,認識其非線性規(guī)律,對于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設計、使用及故障診斷具有重要的意義。 本文以碰摩轉(zhuǎn)子為主要研究對象,從兩方面對碰摩轉(zhuǎn)子的非線性問題展開研究。其一是基于非線性轉(zhuǎn)子動力學理論對碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學行為進行分析;其二是基于融合相空間重構(gòu)技術(shù)提取碰摩轉(zhuǎn)子實驗數(shù)據(jù)中的混沌特征量。概述地說,圍繞上述問題所開展的具體研究內(nèi)容包括以下方面: 1.碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學模型的建立。在考慮非線性油膜力、非線性剛度和非線性摩擦力對碰摩轉(zhuǎn)子影響的基礎上,建立了非對稱油膜力作用下碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學微分方程。 2.碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學行為研究。應用數(shù)值分析方法研究了碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)復雜的動力學行為,并利用分岔圖、Poincare截面圖、時域波形圖、軸心軌跡圖、相圖及頻譜圖詳細分析了碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)混沌運動的演化規(guī)律。重點研究了轉(zhuǎn)速、偏心量、非線性剛度比、定子剛度及速度影響因數(shù)對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分岔和混沌行為的影響。研究結(jié)果表明,非對稱油膜力、非線性剛度和非線性摩擦力對系統(tǒng)動力學行為的影響與轉(zhuǎn)速有很大關(guān)系。 3.碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相空間重構(gòu)參數(shù)選擇方法研究。針對嵌入維數(shù)計算過程中存在主觀性強、計算速度慢等缺點,提出基于IMF分量數(shù)的嵌入維數(shù)計算方法,該方法物理意義明確、簡單有效,在計算過程中不需要先驗知識,并且延遲時間對嵌入維數(shù)的計算精度沒有影響。 4.碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相空間重構(gòu)方法研究。通過對重構(gòu)后混沌吸引子的形狀進行對比分析,指出基于單變量時間序列的相空間重構(gòu)方法中存在信息不完備等弊端,為了解決這一問題,提出基于Bayes估計的融合相空間重構(gòu)方法。將相空間重構(gòu)和數(shù)據(jù)融合相結(jié)合,針對各個單變量時間序列重構(gòu)出的吸引子與原系統(tǒng)真實吸引子之間存在的偏差,在相空間中利用Bayes估計將各個單變量相點進行最優(yōu)融合,得到更為理想的融合相空間。并將所提出的方法應用到典型混沌系統(tǒng)和碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中。分析結(jié)果表明,融合相空間能夠更完整地復現(xiàn)碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的主要特征信息。 5.碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)混沌特征量的提取方法研究。為了保證故障信息的完整性,提出在融合相空間中計算混沌吸引子的特征量—最大Lyapunov指數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù),給出相應的算法。分析結(jié)果表明,利用相點融合技術(shù)得到的多變量時間序列的最大Lyapunov指數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)更真實、精確。最大Lyapunov指數(shù)和關(guān)聯(lián)維數(shù)這兩個量化指數(shù)對系統(tǒng)故障辨識是行之有效的,其有效性在典型混沌系統(tǒng)仿真以及碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的三種故障分類與辨識中獲得證實。 6.碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的實驗研究。設計出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)局部碰摩裝置,在RK4轉(zhuǎn)子實驗臺上測取碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)三種典型故障數(shù)據(jù),包括油膜失穩(wěn)、碰摩以及碰摩和油膜失穩(wěn)耦合故障數(shù)據(jù)。
【學位授予單位】：大慶石油學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH113

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2598190