文档介绍：旋转机械发展中的若干非线性
动力学问题
陈予恕
天津大学哈尔滨工业大学

目录
前言
一、旋转机械国内外研究现状
二、我们的若干近期成果
三、非线性动力学和工程应用问题的展望
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前言
旋转机械是国民经济、国防建设许多部门
的关键设备。
断
轴
碰
摩
60万千瓦汽轮发电机组
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前言
飞机发动机的轴系
涡喷发动机
加力涡扇发动机
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前言
在旋转机械向高速、大型、高精密和高效发
展的过程中,产生了许多非线性动力学问题,例
如:油膜激励失稳、汽流失稳、定速下振动突变、
转子裂纹等故障时有发生,造成了巨大的经济损
失。
这些故障已经成为我国旋转机械制造业继续
发展的瓶颈,解决它们的非线性动力学关键技术
无法引进,迫切要求非线性动力学应用基础研究
的支持,来保证和提高旋转机械的性能、质量和
安全可靠性的高水平。
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前言
从理论方面,近代非线性动力学——混沌学
的理论,正在蓬勃的发展,
马蹄映射,到近可积保守系统非周期性运动产生
机理的KAM(,
)定理证明,
发现了普适常数,混沌学(非线性科学、近代非
线性动力学)这个新学科已经成熟。
数学理论证明,系统只要存在非线性因素,
在某些条件下解(响应)将是混沌的。
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前言
混沌学建立了一个捕捉非线性现象的普适的
数学工具。在应用科学(天文学,气象学,生物
学,化学,经济学,地球物理学生命和医学科
学,动物学,社会学等等),和工程科学(航空
航天,化工,土木,计算机,讯息,机械,软
件,通讯等等)的每一个领域都可以揭示其分岔
和混沌的局部和全局各种表现形式的机理,为对
之进行有效的控制奠定了基础。
目前我国各个领域对其非线性动力学现象的
研究刚刚起步。
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旋转机械国内外的研究现状
在国外用于燃煤的汽轮发电机组向大型
发展的历程中,对亚临界机组,在逐步解
决了油膜振荡(Hopf分岔)等非线性动力
学问题之后,为减少CO2排放量和提高热效
率达55%以上,采用新型的超超临界机组
(蒸汽参数为35MPa/7600C),但带来的新
动力学问题是气流激振问题。密封是旋转
机械引起汽流激振的关键部件之一。
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旋转机械国内外的研究现状
20世纪80年代至90年代国外学者,如Scharrer,
Muszynska,Tam等人先后提出了密封汽流激振的控制体
模型,集总参数模型和全三维模型,并应用于大型汽轮机
的设计分析中。Childs和Kwanka等人从80年代至今一直从
事密封实验研究工作。在我国,丁学俊、孟光、郑水英、
魏统胜等也做了不少工作。
但由于控制体模型精度较低,集总参数模型很多参数
需要实际测定,三维流场分析方法比较复杂。因此,进行
转子动力学研究时,非常需要一个简便、准确、可靠的汽
流激振力模型。
大型汽轮发电机轴系的次同步振动失稳问题,也是当
前需深入研究的重要问题之一。
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旋转机械国内外的研究现状
航空发动机转子系统由于多转子(同
心不同转速的多个转子),多支点,轻型
薄壁结构造成的支撑刚度非线性,发动机
工作载荷谱复杂等因素,致使难于精确建
模,并多次发生多种动力学故障。因保密
问题,国外公开报导较少,国内深入研究
的成果报导也不多。
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