转子间具有完整约束的大型多转子耦合系统非线性动力学研究及软件开发

实践证明转子间连接方式的不同对整个转子系统的动力学特性具有较大的影响，而转子间不同的连接方式在数学模型上反映的是一个约束关系，因此研究具有约束的多转子系统动力学问题对系统的动力学设计、振动主动控制和故障诊断等具有重要意义。本项目以海军某重点工程为背景,分别以在转子间具有广义位移约束关系的不对中转子系统和锥齿轮传动转子系统为研究对象，基于分析力学、转子动力学和非线性动力学等理论方法，建立具有完整约束的多转子耦合系统的动力学模型。采用近似解法、数值分析方法和实验方法等，重点研究在非线性轴承力作用下转子间具有完整约束的不对中多转子耦合系统和锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为。深入探讨具有平行不对中及交角不对中约束转子系统的非线性故障振动机理和特征；揭示具有纵弯扭广义约束关系的锥齿轮传动转子-轴承系统的动力学特性，并进行相关软件开发，为上述系统的动力学设计和故障诊断等提供理论依据。

转子间存在的约束关系在多大程度上影响了多转子-轴承系统的动力学特性？国内外对该问题的研究比较分散、不系统、也不够深入。针对上述问题，本项目主要研究了具有完整约束和非线性油膜力作用的平行不对中和转角不对中多转子系统的动力学行为、具有轴承不对中约束的多跨柔性转子系统非线性动力学特性和相关的试验研究、在广义位移约束下锥齿轮传动转子系统的动力学及相关的程序开发等。本项目完成的主要工作：（1）分别以转子间具有位移约束关系的不对中转子系统和锥齿轮传动转子系统为研究对象，基于分析力学、转子动力学和非线性动力学等理论方法，建立了具有完整约束的多转子耦合系统的动力学模型；（2）采用近似解法、数值分析方法和实验方法等，重点研究了在非线性轴承力作用下转子间具有完整约束的不对中多转子耦合系统和锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为；（3）讨论了具有平行不对中和交角不对中约束转子系统的非线性故障振动机理和特征，并进行了相关的试验研究；（4）根据所建立的动力学模型，本项目将其应用到某型发电机转子系统的动力学分析中，研究结果表明约束对系统动力学特性的影响是非常明显的，有时完全改变了系统的定性性态，不同的结构参数和运动参数对系统的稳态响应影响十分显著；（5）分析了具有纵弯扭广义约束关系的锥齿轮传动转子-轴承系统的线性和非线性动力学特性，采用有限元法完成了锥齿轮传动转子系统软件的开发。. 上述研究丰富和发展了复杂多转子系统非线性动力学的建模方法和分析手段，同时也为这类系统的动力学设计、相关的故障诊断和系统的状态监测提供了坚实的理论基础。项目中的部分成果已在国内外的学术期刊上发表和在相关的会议上宣读，并且得到了同行专家的关注。另外，还完成了一部有关完整约束的多非线性转子动力学专著，所开发的软件已通过了国家版权局的软件著作权登记，项目中的主要成果获得了2013年度西安市科学技术进步二等奖。