不平衡力对裂纹转子动力学响应与稳定性的影响

摘要

研究裂纹转子系统的动力学行为与稳定性可为转子裂纹故障诊断和设计优化提供支撑，也是转子动力学领域的重要问题。现有文献大多基于重力占优假设构建裂纹模型，忽略了不平衡力的影响。在很多情况下，不平衡力与重力的比值较为可观，可能对裂纹呼吸效应产生影响。为揭示不平衡力对裂纹转子系统非线性动力学响应与稳定性的影响，本研究采用有限元法构建转子系统的动力学分析模型，结合考虑不平衡力影响的呼吸裂纹模型，获得具有周期时变系数的系统动力学方程；为实现对高维周期时变微分方程组的高效求解，基于Hill方法推导了系统动态响应与特征值的高效计算方法，并通过系统特征值的实部判定其稳定性；进而，研究了不平衡力对裂纹转子过1/3、1/2以及1倍临界转速处的动力学响应与稳定性的影响特征。分析表明：不平衡力会显著影响裂纹的呼吸行为，进而影响裂纹转子系统刚度特征与谐振频率，并导致系统不稳定区域产生明显变化。

关键词

裂纹转子 / 不平衡力 / 非线性动力学 / 稳定性 / Hill方法

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.12272117); 三峡工程后续专项科研资助项目(No.SXHXGZ-2021-2)