热弯曲转子的瞬态振动机理与多耦合参数匹配设计方法研究

The project is based on the engineering background of transient vibration of thermal bending rotor under transient starting condition, and the transient vibration mechanism and design method of multi-coupling parameters of thermal bending rotor are researched. Firstly, the non-uniform temperature gradient of shaft cross section and thermal bending deformation under radial temperature difference are calculated based on coupled thermoelastic model, and the theory models of transient vibration of thermal bending rotor are established by utilizing transient dynamics theory and finite element method. The coupling mechanism of nonlinear parameters of rolling bearings and transient response characteristics of rotor with thermal bending deformation are investigated combined with transient response test. Finally, the sensitive parameters of transient vibration are identified based on global sensitivity analysis of multi-parameters grouping, and the matching design approaches of multi-coupling parameters between thermal bending and rolling bearings are explored by fusing the advantages of Kriging response surface and differential evolution algorithm. The project aims at revealing the complex mechanism of transient vibration and multi-coupling parameters optimization methods, and providing theoretical guidance for the improvement of operating immunity under transient starting condition and stability design of thermal bending rotor.

本项目以热弯曲转子在暂态启动工况下的瞬态振动问题为工程背景，研究热弯曲转子的瞬态振动机理和多耦合参数匹配设计方法。首先利用耦合热弹性模型计算径向温差转轴横截面非均匀温度梯度和热弯曲变形，依据瞬态动力学理论和有限元法建立热弯曲转子瞬态振动理论模型，结合热弯曲转子瞬态响应测试，研究热弯曲转子与滚动轴承非线性参数耦合机理和瞬态响应特性；最后，基于多参数分组的全局敏感性分析识别瞬态振动敏感参数，充分融合Kriging响应面与差分进化算法的优点，探索热弯曲转子与滚动轴承非线性多耦合参数匹配设计途径。项目旨在深入揭示热弯曲转子的复杂瞬态振动机理与多耦合参数优化方法，为提高热弯曲转子暂态工况振动免疫力与稳定性设计提供理论指导。

航空发动机是西方发达国家优先发展的产业，是对外严密封锁的核心技术之一。长期以来，航空发动机技术一直是制约我国航空工业发展的“瓶颈”。随着现代航空发动机推重比和机动性能进一步提升，暂态工况特征越加突出，转速和温度的瞬态特性越来越明显，对发动机转子系统的抗冲击性能提出了更高的要求。本项目基于转子瞬态动力学理论、耦合热弹性模型和有限元法建立转子系统的热冲击振动理论模型，开展了转子-滚动轴承热冲击振动机理的研究。通过一系列相对独立而又紧密联系的研究方案实现了本项目的研究目标。取得的主要研究成果有：.为了探明由滚动轴承支撑的偏置转子的非线性耦合动力学问题，建立了基于有限元法的滚动轴承偏置转子动力学模型，其中考虑了圆盘偏置量和滚动轴承的非线性载荷；深入研究了转子偏置量、轴承接触变形和滚动体数量对非线性动力学的影响。建立了不平衡力、热弯曲和滚动轴承非线性支承等耦合作用下转子系统动力模型，研究了热弯曲转子-滚动轴承系统非线性振动特性。提出了一种基于特征融合的滚动轴承故障识别并行卷积神经网络；讨论了网络设计中的一些关键影响因素；所提出的并行网络对滚动轴承故障识别具有较高的精度，尤其是在数据集减少的情况下，具有更好的稳定性和鲁棒性。项目资助发表SCI论文5篇，EI论文1篇，授权发明专利1项，实用新型专利1项；出国交流1人次，参加国内学术会议7人次，培养在读硕士研究生3人。