隨機轉子動力學與控制及旋轉柔性圓盤動力學.pdf

1、本文結合工程實際背景，對隨機轉子動力學與控制及旋轉柔性圓盤動力學的相關問題進行了研究，全文分緒論、隨機轉子動力學與控制及旋轉柔性圓盤動力學三部分。 第一部分首先對隨機轉子動力學與控制及旋轉柔性圓盤動力學國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了詳細地綜述，提出了本文研究的意義、方法和內(nèi)容。 第二部分對隨機轉子的動力特性及其振動主動控制進行了研究。其主要內(nèi)容為： 對隨機轉子系統(tǒng)進行了分類，給出了隨機激勵和隨機參數(shù)轉子動力系統(tǒng)運動方程的

2、一般形式。利用線性系統(tǒng)隨機振動分析方法，導出了線性轉子系統(tǒng)在平穩(wěn)隨機激勵條件下的各種位移響應統(tǒng)計量的一般表達式。 為了了解隨機激勵條件下線性轉子系統(tǒng)的動力特性，采用虛擬激勵和數(shù)值積分法相結合，分別分析了平衡及不平衡線性轉子-軸承系統(tǒng)和轉子-軸承-基礎系統(tǒng)的地震響應，得到了非平穩(wěn)Kanai-Tajimi地震激勵條件下轉子-軸承系統(tǒng)和轉子-軸承-基礎系統(tǒng)位移響應的功率譜密度和時變方差。討論了轉速和轉子不平衡對轉子-軸承系統(tǒng)位移響應時

3、變方差的影響。給出了一種線性轉子-軸承-定子系統(tǒng)在隨機激勵條件下可靠性的分析方法，并對非平穩(wěn)隨機地震激勵條件下轉子-軸承-定子系統(tǒng)的可靠性進行了分析。結果表明：在高速旋轉機械的隨機響應研究中，不能忽略轉子不平衡的作用，基礎激勵會使轉子系統(tǒng)產(chǎn)生新的共振。 為了了解隨機激勵條件下非線性轉子系統(tǒng)的動力特性，應用蒙特-卡洛和數(shù)值積分法分別對滑動軸承和非線性擠壓油膜阻尼器支撐的不平衡雙盤懸臂轉子-軸承系統(tǒng)在非平穩(wěn)Kanai-Tajimi地

4、震激勵條件下的碰摩特性進行了研究，得到了地震激勵條件下圓盤中心的運動軌跡、位移響應、轉子與定子之間碰摩力的時間歷程以及圓盤在碰摩過程中相位角的變化規(guī)律，討論了系統(tǒng)參數(shù)對轉子系統(tǒng)碰摩特性的影響。結果發(fā)現(xiàn)恰當?shù)剡x擇轉子系統(tǒng)的動力學參數(shù)，可以使轉子系統(tǒng)承受較大強度的地震激勵而不致產(chǎn)生碰摩引起的失穩(wěn)。 對隨機激勵條件下線性轉子系統(tǒng)振動主動控制的研究，首先基于線性二次型高斯控制理論提出了白噪聲和有色噪聲激勵條件下線性轉子系統(tǒng)振動主動控制的

5、全狀態(tài)反饋隨機最優(yōu)策略，然后基于線性二次型高斯控制和Kalman-Bucy濾波器理論，提出了不完全狀態(tài)信息條件下線性轉子系統(tǒng)在白噪聲和有色噪聲激勵下振動主動控制的隨機最優(yōu)策略，最后利用提出的隨機最優(yōu)策略對線性轉子-軸承系統(tǒng)在非平穩(wěn)El．Centro地震激勵條件下的振動主動控制進行了研究。結果表明：所提出的隨機最優(yōu)控制策略能有效地抑制地震激勵條件下轉子系統(tǒng)的振動，改變權矩陣中對應元素的大小可以改變隨機最優(yōu)策略對轉子系統(tǒng)振動主動控制的效果。

6、 為了解決具有模型誤差的轉子系統(tǒng)在隨機激勵條件下的振動主動控制，基于線性矩陣不等式，為地震激勵條件下線性轉子系統(tǒng)的振動主動控制設計了H<,2>、H<,∞>和混合H<,2>/H<,∞>狀態(tài)和輸出反饋控制策略，并用H<,2>、H<,∞>和混合H<,2>/H<,∞>控制策略研究了線性轉子系統(tǒng)在非平穩(wěn)El.Centro地震激勵條件下的振動主動控制問題，討論了H<,2>/H<,∞>混合控制策略中H<,∞>?指標對控制效果的影響。結果表明H

7、<,2>/H<,∞>混合控制策略能有效地抑制地震激勵條件?性轉子系統(tǒng)的振動。 第三部分對旋轉柔性圓盤的自由振動、強迫振動以及圓盤與空氣膜之間的氣一固耦合振動進行了分析，并對旋轉圓盤的振動特性進行了試驗研究。 通過有限元法將包括離心力和彎曲剛度影響的圓盤偏微分運動方程轉換為常微分方程，分析了旋轉柔性圓盤的固有特性，討論了不同參數(shù)對旋轉柔性圓盤固有頻率和臨界速度的影響。結果表明：旋轉會改變圓盤的振動特性；柔性圓盤的固有頻率、

8、前向行波頻率和臨界速度隨著圓盤轉速、夾持半徑和圓盤厚度的增大而增大，隨著圓盤材料密度的增大而減??；圓盤的后向行波頻率隨圓盤轉速的增大而減小。 采用數(shù)值積分分別研究了旋轉柔性圓盤在不同形式的橫向恒定載荷和時變諧波載荷作用下的穩(wěn)態(tài)響應特性，討論了橫向恒定載荷的施加位置、大小和轉速以及時變載荷頻率對圓盤位移響應的影響。結果表明：恒定點載荷和徑向線載荷引起圓盤的局部彎曲變形，恒定周向載荷引起圓盤的整體彎曲變形，在恒定載荷的條件下，當圓盤

9、的轉速接近圓盤的臨界速度時，圓盤會出現(xiàn)具有較大振動的共振現(xiàn)象。在頻率很低的情況下，時變諧波點載荷作用下圓盤的位移響應為載荷施加位置附近的局部變形；當時變諧波載荷頻率與圓盤的固有頻率相等時，主要激起對應節(jié)徑的振動模態(tài)，圓盤出現(xiàn)大幅振動；當時變諧波載荷頻率遠離圓盤的固有頻率時，靠近載荷頻率的振動模態(tài)較容易被激起。隨著載荷和載荷施加位置偏離圓盤中心距離的增大，圓盤的位移響應增大。沿著圓盤的半徑方向，離圓盤中心越遠，圓盤的位移響應越大。

10、 為了了解在空氣膜上高速旋轉圓盤的動力特性，對旋轉圓盤與空氣膜之間的氣一固耦合振動進行了研究，分析了不同參數(shù)對空氣膜上旋轉圓盤穩(wěn)態(tài)響應的影響。結果表明：當載荷施加位置離圓盤固定位置較近時，圓盤的位移響應隨著載荷的增大而增大：當載荷施加位置離圓盤固定位置較遠時，圓盤的位移響應在一部分區(qū)域隨著載荷的增大而增大，在一部分區(qū)域隨著載荷的增大而減小；隨著空氣膜厚度的增大，圓盤的穩(wěn)態(tài)位移響應增大，空氣膜產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)壓力減小，支承載荷的能力降低。