转子系统热弯曲及其伴生故障的机理研究

以非线性动力学和动力有限元理论为基础，针对目前转子系统热弯曲故障时变规律、热场与结构场耦合机理研究尚不够充分的问题，以航空发动机的转子系统为研究对象，采用有限元数值分析和模型试验、现场试验相结合的方法，考虑温度场时变、接触塑性变形等因素影响，对转子系统热弯曲故障及其伴生故障(主要是摩擦热弯曲)的动力学行为和非线性机理进行研究。. 项目预期将探明热弯曲故障的故障机理和时变规律，揭示热弯曲与碰摩故障的耦合作用机制，掌握各种结构参数如转静子接触刚度、转静子间隙等，各种运行参数如转速、停机时间等对热弯曲故障瞬态和稳态动力学行为的影响。. 项目的研究成果对于热弯曲故障及摩擦热弯曲转子系统的故障诊断、预防和治理具有重要的意义，也可以为热弯曲故障转子系统的剩余寿命预测、新机型避免热弯曲故障设计提供理论依据。

本项目以非线性动力学和动力有限元理论为基础，采用有限元数值分析方法和模型试验、现场试验相结合的方法，针对目前转子系统热弯曲故障时变规律、热场与结构场耦合机理研究尚不够充分的问题进行研究，所取得的成果如下：. (1) 建立了转子系统热弯曲故障热-结构多场耦合数学模型，比较了二维和三维热弯曲模型的精度和计算效率。采用理论分析和试验相结合的方法分析了热弯曲故障转子系统的慢变动力学特性和各种因素对热弯曲转子系统固有特性和振动响应的影响，揭示了热弯曲故障的故障机理；. (2) 建立了转子系统摩擦热弯曲故障热-结构多场耦合数学模型，数值仿真和试验相结合分析了摩擦热弯曲转子系统的频域响应特性和局部故障特性。根据摩擦热弯曲转子系统响应分析耗时过长的问题，提出了摩擦热弯曲故障转子系统稳态响应求解的增量谐波平衡-迭代法。项目分析了摩擦热弯曲故障的故障机理，以及摩擦和热弯曲故障的相互耦合作用；分析了碰摩刚度、碰摩间隙、摩擦系数等参数对摩擦热弯曲转子系统稳定性的影响。. (3) 以摩擦热弯曲转子系统的数学模型为基础，分析了热传导系数、热对流系数、比热容、环境温度、碰摩角度等参数对摩擦热弯曲故障和稳定性的影响规律；. 综上，经过3年的建设，形成了较完整地热弯曲及伴生故障转子系统理论分析体系，掌握了热弯曲和摩擦热弯曲的故障规律。. 项目执行期间，发表论文10篇，其中SCI检索1篇，EI检索4篇，国际会议1篇；获得教育部科技进步二等奖1项；获批实用新型专利1项，软件著作权1项。. 项目的研究成果对于热弯曲故障及摩擦热弯曲故障转子系统的诊断和治理起到重要作用，也可以为热弯曲故障转子系统剩余寿命预测，新机型避免热弯曲故障设计等提高理论依据。