【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,高速渦輪旋轉(zhuǎn)機械在工程實際中出現(xiàn)了越來越多的非線性振動現(xiàn)象,包含非線性油膜力、非線性氣隙激振力、非線性密封激振力、非線性阻尼力等眾多非線性因素,采用線性理論分析已不能滿足工程實際需要。因此,本文根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中常見的非線性剛度力和非線性阻尼力,引入線性尺度因子、非線性尺度因子、耦合強度比等特征參數(shù),建立了一般形式的非線性力模型。然后基于大擾動、大變形的假設,構(gòu)建了高速柔性單圓盤軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一般形式的非線性耦合振動模型。通過與Jeffcott模型、Muszynska模型、Lund模型、Ravikovich模型等傳統(tǒng)線性振動模型的對比,重點分析了交叉剛度項和非線性剛度阻尼項對系統(tǒng)非線性因素的不同體現(xiàn),以及共振、渦動等失穩(wěn)條件�；诙喑叨确ǖ幕驹砗头椒�,推導了非線性耦合振動模型在自由振動和受迫振動條件下的響應解析表達式。在自由振動條件下的解析推導,重點討論了非線性項對系統(tǒng)固有頻率的影響。在受迫振動條件下的解析推導,按阻尼的量級分為高階小量阻尼受迫振動模型和同階量級阻尼受迫振動模型,求出了各自的通解響應表達式。分析了通解響應解析表達式中參數(shù)的物理意義,分析了調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的機制,以及剛度和阻尼等固有屬性對轉(zhuǎn)子非線性振動響應的影響機理。根據(jù)本文模型的響應表達式推導了頻響方程,并且與傳統(tǒng)的線性頻響方程進行了對比分析。此外還推導了通解響應變化率,分析了響應在對應轉(zhuǎn)速下變化的快慢程度及其意義。根據(jù)非線性耦合振動模型的通解響應解析表達式進行了理論分析,并且進行了數(shù)值模擬驗證和轉(zhuǎn)子原理性實驗驗證。首先給出了響應的計算,包括通解、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)的響應,穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的振幅、相位曲線,通解響應變化率曲線。然后研究了FFT變換和STFT變換對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的整體頻譜特性,分析了瞬態(tài)時間尺度因子、剛度轉(zhuǎn)速比、阻尼轉(zhuǎn)速比等特征參數(shù)對轉(zhuǎn)子振動響應過程和全局性態(tài)的影響,進一步揭示了轉(zhuǎn)子非線性振動在時域和頻域的變化特性。通過基頻非線性振動實驗和阻尼對幅頻特性影響實驗,對比分析了本文模型的頻響方程和傳統(tǒng)的線性頻響方程的區(qū)別,驗證了線性與非線性阻尼對振幅的作用效果,進一步驗證了本文的非線性耦合振動模型和響應解析表達式的合理性與有效性,拓展了非線性轉(zhuǎn)子動力學的研究方法。對高速渦輪膨脹制冷機、渦輪發(fā)電機、微型燃氣輪機等典型工程應用案例進行了分析,介紹了供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)等實驗測試系統(tǒng)和相應的實驗裝置,采用DASP軟件的時間-幅值-頻率三維譜圖、軸心軌跡圖、分岔圖、頻譜分析圖等圖譜對實驗數(shù)據(jù)進行了分析。研究了軸承供氣壓力、溫度、密封圈材料等實驗參數(shù)的變化對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度及阻尼固有屬性的影響,以及由此帶來的對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的低頻渦動、低頻振蕩、碰摩等非線性振動行為的影響,進一步驗證了非線性耦合振動模型和解析解表達式的合理性與適用性,深入闡述了轉(zhuǎn)子線性與非線性振動行為的響應機理和振動規(guī)律。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中仍然存在很多使用線性理論無法分析和解釋的非線性問題及現(xiàn)象,這些都是非線性理論分析和工程應用中進一步的研究方向。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK14

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本文編號：2387914