柔性机座-转子轴承系统动力学参数时变性及全局最优匹配方法研究

The time variational dynamic parameters have a great influence on the global optimum matching and it's nonlinear vibration characteristics. However, there are still many problems in the global vibration evaluation theory, numerical methods and experimental verification. This project through the in-depth and systematic research on the global optimum matching method and it's nonlinear dynamic behavior of flexible support-rotor-bearing system will be conducted. Firstly, the theoretical model and numerical algorithm of the global optimum matching method will be established and verified by experiments, and the global optimum matching domain, stability region and range of values will be studied and confirmed, thus the mechanism of global nonlinear vibration will be clarified. Secondly, by comprehensive considering the influence factor of time variational dynamic parameters of the flexible support-rotor-bearing system on the global optimum matching domain, comparative study on nonlinear vibration characteristics will be conducted in detail, and the influence law of the time variational and the sensitivity of the dynamic parameters on the global optimum matching will be revealed. Finally, a set of theory and method as will as passive vibration control theory will be refined, and the corresponding nonlinear vibration control strategy and dynamics design new method and technology prototype of rotor system will be proposed. This will provide theoretical basis and technical support for global stability design of flexible support-rotor-bearing system.

动力学参数的时变性对全局最优匹配及其非线性振动特性有很大影响。然而，在全局性振动评价理论、数值方法和试验验证方面还存在许多难题并在应用中受限。本项目通过对柔性机座-转子轴承系统全局最优匹配方法及其非线性动力学行为进行深入而系统地研究；首先将建立全局最优匹配方法的理论模型和数值算法并进行实验验证，研究确定全局最优匹配域、稳定域及其取值范围，从而阐明全局非线性振动机理；其次，将综合考虑柔性机座-转子轴承系统动力学参数时变性对全局最优匹配域的影响，详细对比研究非线性振动特性，揭示动力学参数时变性、敏感性对全局最优匹配的影响规律；最后提炼出一套柔性机座-转子轴承系统的全局最优匹配理论、数值方法和被动振动控制原理，由此提出相应的非线性振动控制策略、轴系动力学设计新方法和技术原型，为柔性机座-转子轴承系统的全局稳定性设计提供理论依据和技术支持。

本项目以M701F重型燃气轮机柔性旋转对称切向支承板(FRSTS)机座-转子轴承系统作为研究背景，对FRSTS机座-转子系统动力学参数的全局最佳匹配方法及影响规律展开了详细研究。首先计入动力学参数的全局特征,建立了对称和非对称FRSTS机座-转子轴承系统全局动力学模型；然后,计入FRSTS机座-转子轴承系统动力学参数全局性变化范围，提出了全局动力学参数最佳匹配算法和多目标优化数学模型；接着,根据对称和非对称FRSTS机座-转子轴承系统全局动力学参数最佳匹配算法和多目标优化数学模型进行了软件架构设计,并编程实现了对称和非对称FRSTS机座-转子轴承系统的计算分析软件系统，并通过理论和相关试验结果的对比分析，验证了全局动力学参数最佳匹配理论方法、算法及软件系统的有效性。通过计算分析和深入研究FRSTS机座-转子轴承系统支承参数全局最佳匹配点及最佳匹配点移动轨迹，提出了全局最佳匹配稳定性评价方法和优化匹配域的确定方法；跟踪研究了不同偏心率以及不同转子动力学参数下机座动力参数最佳匹配点轨迹变化对机座动力学参数最佳匹配前后的振幅比的影响机理，确定了转子和机座动力学参数的全局取值范围。详细对比、分析和揭示了不同偏心率和不同转子动力学参数下支承参数全局最佳匹配域的变化特征。提出了M701F重型燃气轮机FRSTS支承转子-轴承系统的稳定偏心率范围，介绍了全局稳定域、不稳定域和奇异突变域的特征及应用价值。这对柔性机座-转子系统全局动力学参数最佳匹配域设计、控制动力学参数全局变化所导致的系统最佳匹配域的偏离，避免整个系统进入不稳定和奇异突变区域而导致毁机事故提供理论参考和技术原型。最终搭建了转子轴承系统试验测试平台并提出了相关振动测试理论方法，为FRSTS机座-转子轴承系统的全局动力学参数最佳匹配试验测试奠定了基础。