隨機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)與控制及旋轉(zhuǎn)柔性圓盤動(dòng)力學(xué).pdf

1、本文結(jié)合工程實(shí)際背景，對(duì)隨機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)與控制及旋轉(zhuǎn)柔性圓盤動(dòng)力學(xué)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了研究，全文分緒論、隨機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)與控制及旋轉(zhuǎn)柔性圓盤動(dòng)力學(xué)三部分。 第一部分首先對(duì)隨機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)與控制及旋轉(zhuǎn)柔性圓盤動(dòng)力學(xué)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)地綜述，提出了本文研究的意義、方法和內(nèi)容。 第二部分對(duì)隨機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性及其振動(dòng)主動(dòng)控制進(jìn)行了研究。其主要內(nèi)容為： 對(duì)隨機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行了分類，給出了隨機(jī)激勵(lì)和隨機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程的

2、一般形式。利用線性系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)分析方法，導(dǎo)出了線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)條件下的各種位移響應(yīng)統(tǒng)計(jì)量的一般表達(dá)式。 為了了解隨機(jī)激勵(lì)條件下線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力特性，采用虛擬激勵(lì)和數(shù)值積分法相結(jié)合，分別分析了平衡及不平衡線性轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子-軸承-基礎(chǔ)系統(tǒng)的地震響應(yīng)，得到了非平穩(wěn)Kanai-Tajimi地震激勵(lì)條件下轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子-軸承-基礎(chǔ)系統(tǒng)位移響應(yīng)的功率譜密度和時(shí)變方差。討論了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子不平衡對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)位移響應(yīng)時(shí)

3、變方差的影響。給出了一種線性轉(zhuǎn)子-軸承-定子系統(tǒng)在隨機(jī)激勵(lì)條件下可靠性的分析方法，并對(duì)非平穩(wěn)隨機(jī)地震激勵(lì)條件下轉(zhuǎn)子-軸承-定子系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的隨機(jī)響應(yīng)研究中，不能忽略轉(zhuǎn)子不平衡的作用，基礎(chǔ)激勵(lì)會(huì)使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)生新的共振。 為了了解隨機(jī)激勵(lì)條件下非線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力特性，應(yīng)用蒙特-卡洛和數(shù)值積分法分別對(duì)滑動(dòng)軸承和非線性擠壓油膜阻尼器支撐的不平衡雙盤懸臂轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在非平穩(wěn)Kanai-Tajimi地

4、震激勵(lì)條件下的碰摩特性進(jìn)行了研究，得到了地震激勵(lì)條件下圓盤中心的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移響應(yīng)、轉(zhuǎn)子與定子之間碰摩力的時(shí)間歷程以及圓盤在碰摩過(guò)程中相位角的變化規(guī)律，討論了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)剡x擇轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可以使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)承受較大強(qiáng)度的地震激勵(lì)而不致產(chǎn)生碰摩引起的失穩(wěn)。 對(duì)隨機(jī)激勵(lì)條件下線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)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(lì)條件下線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制的

5、全狀態(tài)反饋隨機(jī)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(zhuǎn)子系統(tǒng)在白噪聲和有色噪聲激勵(lì)下振動(dòng)主動(dòng)控制的隨機(jī)最優(yōu)策略，最后利用提出的隨機(jī)最優(yōu)策略對(duì)線性轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在非平穩(wěn)El．Centro地震激勵(lì)條件下的振動(dòng)主動(dòng)控制進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：所提出的隨機(jī)最優(yōu)控制策略能有效地抑制地震激勵(lì)條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)，改變權(quán)矩陣中對(duì)應(yīng)元素的大小可以改變隨機(jī)最優(yōu)策略對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制的效果。

6、 為了解決具有模型誤差的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在隨機(jī)激勵(lì)條件下的振動(dòng)主動(dòng)控制，基于線性矩陣不等式，為地震激勵(lì)條件下線性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制設(shè)計(jì)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(zhuǎn)子系統(tǒng)在非平穩(wěn)El.Centro地震激勵(lì)條件下的振動(dòng)主動(dòng)控制問(wèn)題，討論了H<,2>/H<,∞>混合控制策略中H<,∞>?指標(biāo)對(duì)控制效果的影響。結(jié)果表明H

7、<,2>/H<,∞>混合控制策略能有效地抑制地震激勵(lì)條件?性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)。 第三部分對(duì)旋轉(zhuǎn)柔性圓盤的自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)以及圓盤與空氣膜之間的氣一固耦合振動(dòng)進(jìn)行了分析，并對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤的振動(dòng)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。 通過(guò)有限元法將包括離心力和彎曲剛度影響的圓盤偏微分運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)換為常微分方程，分析了旋轉(zhuǎn)柔性圓盤的固有特性，討論了不同參數(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)柔性圓盤固有頻率和臨界速度的影響。結(jié)果表明：旋轉(zhuǎn)會(huì)改變圓盤的振動(dòng)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(zhuǎn)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小；圓盤的后向行波頻率隨圓盤轉(zhuǎn)速的增大而減小。 采用數(shù)值積分分別研究了旋轉(zhuǎn)柔性圓盤在不同形式的橫向恒定載荷和時(shí)變諧波載荷作用下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，討論了橫向恒定載荷的施加位置、大小和轉(zhuǎn)速以及時(shí)變載荷頻率對(duì)圓盤位移響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：恒定點(diǎn)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(dāng)圓盤

9、的轉(zhuǎn)速接近圓盤的臨界速度時(shí)，圓盤會(huì)出現(xiàn)具有較大振動(dòng)的共振現(xiàn)象。在頻率很低的情況下，時(shí)變諧波點(diǎn)載荷作用下圓盤的位移響應(yīng)為載荷施加位置附近的局部變形；當(dāng)時(shí)變諧波載荷頻率與圓盤的固有頻率相等時(shí)，主要激起對(duì)應(yīng)節(jié)徑的振動(dòng)模態(tài)，圓盤出現(xiàn)大幅振動(dòng)；當(dāng)時(shí)變諧波載荷頻率遠(yuǎn)離圓盤的固有頻率時(shí)，靠近載荷頻率的振動(dòng)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(yīng)增大。沿著圓盤的半徑方向，離圓盤中心越遠(yuǎn)，圓盤的位移響應(yīng)越大。

10、 為了了解在空氣膜上高速旋轉(zhuǎn)圓盤的動(dòng)力特性，對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤與空氣膜之間的氣一固耦合振動(dòng)進(jìn)行了研究，分析了不同參數(shù)對(duì)空氣膜上旋轉(zhuǎn)圓盤穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：當(dāng)載荷施加位置離圓盤固定位置較近時(shí)，圓盤的位移響應(yīng)隨著載荷的增大而增大：當(dāng)載荷施加位置離圓盤固定位置較遠(yuǎn)時(shí)，圓盤的位移響應(yīng)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(yīng)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。