接触界面对周向拉杆组合转子轴承系统的非线性动力特性影响

针对重型燃机和飞机发动机这类依靠接触界面传扭的拉杆组合转子轴承系统，研究可计及表面形貌的盘式拉杆组合转子传矩接触界面的微观建模方法，构建适用的接触界面单元，综合考虑界面法向和切向的刚度、阻尼影响；进而结合三维转子应力、动力分析方法及拉杆动力学模化技术，最终提供可用于此类复杂的盘式拉杆组合转子轴承系统的动力学分析方法和技术，并加以实验验证，以期给出此类拉杆组合转子的强度设计准则和动力学稳定性判据，从而为此类系统的设计和制造装配提供理论指导和实现方法，因而无疑具有十分重要的理论和现实意义。项目的意义还在于通过引入对大型非线性系统数值分析方法的研究，突破了目前非线性动力学分析手段难以应用于实际机械系统的瓶颈，从而推动现代非线性分析方面从大学走向工厂，为促进复杂转子轴承系统的设计由线性向非线性发展做出贡献和借鉴。

在本基金项目的大力资助下，在过去3年中围绕接触界面对周向拉杆组合转子轴承系统非线性动力特性进行了深入研究，共发表和录用基金标注资助的论文共14篇，其中被SCI发表及录用2篇，被EI发表7篇，并有1项专利获得授权，完成了本基金项目的理论成果要求。. 针对本项目的核心目标，在三维转子轴承系统动力学分析，接触界面等效、测量及应用，计及接触的复杂盘式拉杆组合转子动力特性，以及加工缺陷对拉杆组合转子的影响规律等诸多方面进行了研究，具体而言可以分为以下4点：.（1）三维整体转子轴承系统的非线性动力学特性研究。利用有限单元法离散整体转子，采用模态综合技术缩减三维转子轴承系统的线性自由度，结合打靶法、连续追踪技术和Floquet理论得到整体转子的非线性稳定性分叉规律及动力响应。.（2）界面接触刚度的等效、测量以及在重燃转子上的应用。针对传统法向接触刚度等效的不足，提出了无厚度接触层法向刚度等效方法，进一步提出了基于图像匹配技术的法向接触刚度测量方法，实验表明图像法比传统超声法更接近理论值；提出了从微观界面到宏观转子的跨尺度分析方法，以重燃转子应力分析为基础，给出了重燃转子固有频率。.（3）计及接触界面的盘式拉杆组合转子非线性动力特性研究。建立了拉杆和界面的一维动力学模型，对比了三维和一维盘式拉杆转子的非线性稳定性分叉及响应特性，给出了典型拉杆转子和整体转子非线性动力特性的异同，求解了百万自由度重燃转子的周期解及响应动应力。.（4）加工缺陷对盘式拉杆转子的应力及动力影响。针对重型燃机中存在的动力奇异现象，分析了几种典型加工缺陷对拉杆转子不平衡及弯曲量的影响，给出了由于缺陷拉杆组合转子的非线性动力特性，对比了各类典型缺陷的影响大小，解释了重燃转子高加工精度和高平衡难度的原因。. 总体而言，本基金项目理论上给出了大应力界面的微观描述手段和复杂盘式拉杆转子三维应力、动力联合分析方法，其分析结果预测了重型燃机的应力危险点，验证了三菱公司给出的重燃转子固有频率，解释了动平衡和实际运行中的动力奇异现象，为我国自主进行重型燃机动力设计提供了有效工具；工程上进行了基于图像定位算法的接触界面法向刚度测量实验，其结果充分说明了法向接触刚度的图像测量法比传统的超声测量法更加符合理论计算值，突破了超声法不能用于大面积接触刚度测量这一瓶颈，为实现重型燃机大面积接触界面的刚度测量提供了参考。