【摘 要】
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螺栓联接作为大型转子系统中常用的联接结构之一,在转子运行过程中由于载荷变化引起联接结构的力传递路径发生改变,继而导致联接刚度表现出分段线性特征。目前对于转子系统的研究部分学者将螺栓法兰结构简单得视为刚性联接或者假设在联接处有一定的刚度损失,但是这一假设只适用于小型转子系统中;对于航空发动机等大型的高速旋转机械来说,在求解系统动态响应时忽略联接结构非线性会导致理论与实际结果出现较大偏差。因此本文参考
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（编号:11572082）,非线性支承转子系统振动分析及应用；
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螺栓联接作为大型转子系统中常用的联接结构之一,在转子运行过程中由于载荷变化引起联接结构的力传递路径发生改变,继而导致联接刚度表现出分段线性特征。目前对于转子系统的研究部分学者将螺栓法兰结构简单得视为刚性联接或者假设在联接处有一定的刚度损失,但是这一假设只适用于小型转子系统中;对于航空发动机等大型的高速旋转机械来说,在求解系统动态响应时忽略联接结构非线性会导致理论与实际结果出现较大偏差。因此本文参考航空发动机转子系统建立螺栓联接转子有限元模型,同时针对具体的螺栓联接结构以及实际载荷工况推导螺栓联接结构的刚度解析模型;之后将分段线性刚度引入到转子系统有限元模型中;探究联接结构的分段线性刚度对系统各阶模态的影响;同时结合Lyapunov指数分析各阶模态下非线性螺栓联接转子系统的稳定性。本文主要研究内容包括:（1）结合转子动力学、有限元理论推导联接单元的单元质量、刚度、阻尼矩阵;通过有限元组集方法建立考虑螺栓联接结构的转子系统动力学方程,为后文研究转子系统非线性动态响应提供理论基础。（2）针对实际的联接转子试验台,建立对应的有限元数学模型结合特征值问题,求解转子系统的固有频率以及模态振型;分析联接处弯曲刚度的引入对于转子系统的固有特性的影响;同时借用LMS测试系统针对联接转子试验台进行模态实验,验证理论分析结果的正确性。（3）针对航空发动机高压压气机的盘鼓联接结构推导结构在受弯矩时的变形表达式,利用该表达式进一步推导出联接结构非线性弯曲刚度,并通过有限元仿真软件建立实体接触模型进行仿真分析对仿真结果进行验证;最后根据非线性刚度解析式分析具体结构参数的敏感性。（4）基于谐波平衡法求解螺栓联接转子系统非线性动态响应,并通过时域积分法进行数值验证,确保求解结果的正确性;结合系统的时域、频域信息探究由于联接结构引起的转子系统的典型非线性特征。（5）求解转子系统动态响应利用分岔图、瀑布图、庞加莱截面图等探究不同激励下螺栓联接转子系统随转速变化的系统运动状态;通过定义法求解系统Lyapunov指数分析联接非线性所导致系统出现的混沌区间与系统的各阶临近转速之间的关系。
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