非線性支承轉子系統振動分析及套用

《非線性支承轉子系統振動分析及套用》是依託東北大學，由羅忠擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非線性支承轉子系統振動分析及套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：羅忠
• 依託單位：東北大學

中文摘要

轉子系統的突發振動異常故障在旋轉機械中經常發生，且常引起嚴重的整機振動事故，因此，必須深入開展有針對性的轉子系統振動理論研究。支承結構的動態特性直接影響轉子系統振動行為，是準確預估轉子系統振動行為的關鍵因素。軸承、擠壓油膜阻尼器和鼠籠式彈支結構是主要支承結構，可組成支承組件，其動態特性具有非線性且與轉子系統振動行為具有耦合性，故對帶有支承組件的轉子系統非線性振動研究有迫切需求。本項目以先進渦扇發動機支承轉子系統為對象，開展帶有支承的轉子系統非線性振動分析。首先，在建立各支承組件等效模型的基礎上，建立系統整體非線性動力學模型；然後，研究各結構特徵參數對轉子系統動力學行為的影響，進而針對碰摩故障特徵，開展碰摩參數對轉子系統振動行為的影響研究；最後，進行動力學相似模型試驗和驗證。本項目可為解決航空發動機等旋轉機械的突發振動異常，特別是由於支承組件所導致的振幅過大、振動突變和慢變等問題奠定基礎。

結題摘要

大型旋轉機械廣泛套用於航空航天、能源動力等許多重要工業部門，其核心部分-轉子系統結構形式複雜，工作條件惡劣，振動問題十分突出。支承結構的動態特性直接影響轉子系統的振動行為和穩定性，是準確預估轉子系統振動行為的關鍵因素。軸承、擠壓油膜阻尼器和鼠籠式彈支結構是支承結構的主要部件，其動態特性具有高度非線性，且與轉子系統振動行為具有強耦合性，故開展考慮典型非線性支承結構的轉子系統動力學分析理論研究有迫切需求。本項目以先進渦扇發動機組合支承轉子系統為對象，基於赫茲接觸理論和有限元法等理論建立滾動軸承、擠壓油膜阻尼器和彈性支承結構等各支承組件的等效模型，分析了轉速比、軸承間隙、不平衡量對不同位置運動形式和振動主頻的影響。考慮實際支承和質量分布情況，建立了組合支承轉子系統模型，結合半解析法、諧波平衡法和弧長延拓法追蹤了組合支承在不平衡激勵下的頻響曲線，分析其雙穩態滯後和跳躍的頻響規律；其次，基於振動理論和非線性動力學理論研究了支承結構對發動機轉子系統非線性回響的影響、分析了滾動軸承-複雜轉子系統的非線性振動特性，揭示了非線性支承轉子系統分岔行為及其產生機理；進一步探索了由支承結構最佳化及動平衡減小轉子系統振動水平的理論及方法，並針對傳統動力學建模方法存在的諸多不足，研究了基於NARX（非線性有源自回歸）模型的非線性支承轉子系統辨識方法，實現非線性支承轉子振動回響預測及故障分類。在以上建模基礎上，進一步研究了組合支承-轉子系統的碰摩故障特徵。分析了點碰摩、整周碰摩故障下的特徵參數，對轉子系統振動行為和穩定性的影響，以及對支承組件的影響規律。最後，基於動力學相似理論，通過模型試驗對真實結構系統的動力學特性及碰摩故障特徵進行再現與驗證。本項目考慮非線性支承轉子系統的動力學特性及其穩定性問題，是非線性轉子動力學、轉子系統振動與故障分析進一步豐富和發展的重要方向，具有重要的科學理論意義。為發動機轉子支承系統振動測試、故障預測、診斷和動力學相似模型試驗提供相應的理論依據。所取得的研究成果在國內有關設計製造企業中得到套用，將為我國發動機設計水平的提高和自主智慧財產權的掌握做出貢獻。