【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,高速渦輪旋轉(zhuǎn)機(jī)械在工程實(shí)際中出現(xiàn)了越來越多的非線性振動(dòng)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(shí)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(qiáng)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(dòng)、大變形的假設(shè),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(dòng)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(dòng)模型的對(duì)比,重點(diǎn)分析了交叉剛度項(xiàng)和非線性剛度阻尼項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)非線性因素的不同體現(xiàn),以及共振、渦動(dòng)等失穩(wěn)條件�；诙喑叨确ǖ幕驹砗头椒�,推導(dǎo)了非線性耦合振動(dòng)模型在自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)條件下的響應(yīng)解析表達(dá)式。在自由振動(dòng)條件下的解析推導(dǎo),重點(diǎn)討論了非線性項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響。在受迫振動(dòng)條件下的解析推導(dǎo),按阻尼的量級(jí)分為高階小量阻尼受迫振動(dòng)模型和同階量級(jí)阻尼受迫振動(dòng)模型,求出了各自的通解響應(yīng)表達(dá)式。分析了通解響應(yīng)解析表達(dá)式中參數(shù)的物理意義,分析了調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的機(jī)制,以及剛度和阻尼等固有屬性對(duì)轉(zhuǎn)子非線性振動(dòng)響應(yīng)的影響機(jī)理。根據(jù)本文模型的響應(yīng)表達(dá)式推導(dǎo)了頻響方程,并且與傳統(tǒng)的線性頻響方程進(jìn)行了對(duì)比分析。此外還推導(dǎo)了通解響應(yīng)變化率,分析了響應(yīng)在對(duì)應(yīng)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(dòng)模型的通解響應(yīng)解析表達(dá)式進(jìn)行了理論分析,并且進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證和轉(zhuǎn)子原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先給出了響應(yīng)的計(jì)算,包括通解、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)的響應(yīng),穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)的振幅、相位曲線,通解響應(yīng)變化率曲線。然后研究了FFT變換和STFT變換對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的整體頻譜特性,分析了瞬態(tài)時(shí)間尺度因子、剛度轉(zhuǎn)速比、阻尼轉(zhuǎn)速比等特征參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)過程和全局性態(tài)的影響,進(jìn)一步揭示了轉(zhuǎn)子非線性振動(dòng)在時(shí)域和頻域的變化特性。通過基頻非線性振動(dòng)實(shí)驗(yàn)和阻尼對(duì)幅頻特性影響實(shí)驗(yàn),對(duì)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(yàn)證了線性與非線性阻尼對(duì)振幅的作用效果,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文的非線性耦合振動(dòng)模型和響應(yīng)解析表達(dá)式的合理性與有效性,拓展了非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究方法。對(duì)高速渦輪膨脹制冷機(jī)、渦輪發(fā)電機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)等典型工程應(yīng)用案例進(jìn)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(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,采用DASP軟件的時(shí)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(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。研究了軸承供氣壓力、溫度、密封圈材料等實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的低頻渦動(dòng)、低頻振蕩、碰摩等非線性振動(dòng)行為的影響,進(jìn)一步驗(yàn)證了非線性耦合振動(dòng)模型和解析解表達(dá)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(dòng)行為的響應(yīng)機(jī)理和振動(dòng)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(yīng)用中進(jìn)一步的研究方向。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TK14

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本文編號(hào)：2387914