基于多源随机因素影响下非线性转子系统的建模及动力学研究

There are some uncertain factors in some kinds of rotor system, such as the uncertainty of physical parameters, the uncertainty of external disturbance and the uncertainty of the input. These factors is the main cases which make the change in the system, and they determine the trend of the system. So To explore these systems is better to service the society. In view of this my project make the study of the nonlinear rotor system with multi-source stochastic uncertain factors as the enter point. Firstly, the dynamical models about nonlinear rotor system with multi-source stochastic factors are built. Secondly, take the bearing system as an example, effective approximate analytical method will be proposed to dynamical responses of complex bearing system with these factors. Thirdly, stochastic stability and bifurcation of complex bearing system will be analyzed. We will discuss the effect on dynamical behavior evolution about these system of these factors and discover their mechanism of action. Finally, combine with control theory, we explore some control methods and optimum design method about nonlinear rotor system with multi-source stochastic factors. We plan to spend four years on building theoretical framework and application system about nonlinear rotor system with multi-source stochastic uncertain factors. These works are not only to enrich the stochastic dynamics, but also to make for solving critical technical problems of some kinds of bearing system.

物理参数的不确定性、外部干扰的不确定性和输入量的不确定等因素使得现实中各类转子系统中充满了各种不确定性。这些因素是系统发展改变的主导诱因，决定着系统的发展趋向，因而深入探索此类转子系统能更好的服务社会发展。本项目以内因和外因多源随机不确定因素影响下的非线性转子系统研究为切入点，首先建立多源随机因素影响下随机转子系统的动力学模型；其次，以轴承系统为例，发展有效的近似解析方法，分析复杂轴承系统在这些随机因素作用下的动力学响应； 然后，分析此类轴承系统的随机稳定性和分岔，讨论随机因素对系统动力学行为演变的影响，揭示它们的作用机理；最后，结合控制理论探究这些因素影响下轴承系统的动力学行为控制策略和优化设计方法,拟经过四年研究初步建立非线性多源随机转子系统动力学的理论框架和应用体系。项目属于非线性科学的应用性前沿研究，对于丰富随机动力学理论及解决各类轴承系统关键技术问题有着重要的理论意义和应用价值。

随着工业化进程的推进，工程技术领域中结构系统的精确化分析越来越受到重视，关键装备在复杂工况下的动力学分析成为提升产品质量的理论支撑。基于此，本项目组成员四年来，通过与宝塔实业股份有限公司建立的产学研平台，以随机激励作用下含有随机物理参数的非线性机械轴承体系研究为切入点，分析不同运转环境下轴承系统的转子系统受到外界多源随机因素影响下的振动、减噪及动力学行为，在国内外期刊发表论文 10 篇，SCI 收录8 余篇，主办 1次国内会议，已经形成并投稿论文4篇。项目首先结合实际问题，以刚性转子和二自由度主动磁轴承转子系统为例，建立了以系统阻尼、磁渗透率及外部激励受随机影响的动力学模型，分析了此类型模型的定性性质。其次项目研究了模型内部参数及外部激励影响下系统的稳定性和振动特性，发现内部随机参数对系统稳定性影响远弱于外部激励，揭示了内外因素影响下轴承系统运行失稳的关联机制，得出了激励的带宽在小范围内变化时, 系统的极限环的厚度逐渐变大等结论。再次，结合能量函数控制策略、混合反馈方法、Pso-Lssmv等方法，开展对磁轴承系统、刚性轴承系统的Hopf分岔及混沌行为的控制及同步研究，发现常规控制方法效果不如智能控制方法。最后，构建新的势函数，发展了基于随机共振理论的系统弱信号检测方法，并用于刚性轴承仿真研究，检测效果较好。. 宝塔实业股份有限公司近年来主要针对大型轴承、地铁轴承进行研发，本项目对于不确定因素下的刚性轴承、高速大载荷下的轴承稳定性分析取得了一定的理论成果，对企业在研发过程中的优化设计起到了很好的理论指导作用。