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转静碰摩是旋转机械常见的故障,大量的故障事例表明,它是旋转机械失效的最基本模式之一.转静碰摩一旦发生,它将最先破坏转子系统原有的力、热平衡状态,产生噪音并引起较大的幅值振动,从而使机器运行状态恶化,严重碰摩则可直接导致机组破坏.由于转静碰摩会同时引发一系列并发症,如摩擦、冲击、耦合效应、热弯曲、硬化及扭转振动等,故它是一个复杂的强非线性问题.该文力图从实际出发,结合转子动力学特点和非线性理论,研究了某型号发动机转子系统在发生碰摩时系统的动力学特性,以探寻诊断碰摩故障的新途径.首先,建立了单盘转子系统碰摩时的动力学模型,对系统的非线性动力学行为进行了研究.采用龙格-库塔数值积分方法对系统模型进行了仿真,得到了转子碰摩时的分岔图、相图、Poincare映射图和最大Lyapunov指数等.采用FFT方法对转子系统的频率特性曲线进行了分析.结果表明:在非线性碰摩力用下,转子系统具有多种复杂非线性动力学行为的可能;当碰摩发生时,会产生大量的次谐波和超谐波分量,这些都是在发生碰摩故障时所具有的明显特征.在研究单盘转子碰摩的基础之上,以某型号涡喷发动机转子系统为研究对象,采用有限元方法建立数学模型,并通过β-Newmark方法对其进行了计算.分别分析了转子在发生径向、轴向和组合碰摩时系统响应的分岔行为与混沌运动,并分别绘制了转子响应的分岔图、Poincare截面映射图、时域波形图、相轨线图、轴心轨迹图、幅值谱图和三维频谱图等.这些图形和特征量分别从不同侧面描述和揭示了转子系统的周期运动、拟周期运动和混沌运动,以及这些运动形式的转化与演变过程.发现了转子系统各种多周期运动和拟周期运动,以及通过不同道路产生的混沌运动.综合以上分析最后得出结论:转子系统在发生组合碰摩时,相互之间由于摩擦力的作用,常常有耦合作用,故在一定条件下,可以通过轴向振动的特性诊断径向碰摩故障.