旋转机械的非线性振动长期以来一直是机械动力学中的难点问题,其中故障转子动力学严重制约着工程实际应用和推广。为了揭示转子系统振动故障机理及故障诱发的非线性振动问题,以转子动力学、非线性动力学和接触动力学为基础,本团队重点研究了旋转机械系统转静子碰摩、2阶油膜失稳、齿轮裂纹故障机理等共性基础理论问题,建立了一套比较完整的故障旋转机械非线性振动的理论体系。主要发现点和科学价值在于:1、针对大型离心压缩机转子系统所出现的转静子碰摩问题,揭示了转静子系统碰摩激振机理。基于有限元方法和接触动力学理论,提出了新的转静子单点、多点(三点及四点)和整周碰摩模型,新模型不但可以考虑复杂的静子/密封结构参数的影响,且能更准确地计算转子涡动、转静子法向和切向接触力,以及分析转静子接触状态。基于所提多种接触模型,揭示了单点碰摩导致的多周期运动、多点和整周碰摩激发的拟周期运动机理。此外,还通过模型试验台,模拟了转子裂纹诱发的转静子碰摩故障,通过试验发现了转子经由多周期运动进入混沌的路径,弥补了该研究领域试验分析的不足。相关研究成果已在沈阳鼓风机集团有限公司进行了应用,为大型离心压缩机转静子结构设计及碰摩故障诊断提供了理论依据和技术支持。2、针对大型离心压缩机柔性转子系统所出现的2阶油膜失稳(多模态失稳)问题,通过数值和模型试验,首次揭示了2阶油膜失稳和1阶油膜失稳之间的振动能量转换机制,指出了双盘转子存在的不平衡相位差对于激发2阶油膜失稳的主导作用,揭示了不平衡载荷所激发的转子系统2阶弯曲振动和2阶油膜失稳之间的耦合机制,基于所提理论解释了某真实离心压缩机2阶油膜失稳机理,相关研究成果已在沈阳鼓风机集团有限公司进行了应用,为真实离心压缩机结构转子、轴承设计及油膜失稳故障诊断提供了理论依据和技术支撑。3、针对裂纹齿轮副啮合导致的时变刚度激励及故障激振机理问题,在裂纹齿轮副时变啮合刚度建模方面提出了准确的啮合刚度数学模型:采用真实过渡曲线,修正了传统啮合刚度模型中将轮齿视为固定于基圆上的变截面悬臂梁假设;考虑了轮齿导致的延长啮合、非线性接触的影响,修正了双齿啮合区刚度计算误差;考虑并考虑真实裂纹扩展路径,提出了改进的裂纹齿轮副时变啮合刚度解析模型。将时变啮合刚度引入系统弯扭轴耦合动力学模型,提出了故障齿轮-转子动力学模型,该模型相对于传统模型大大提高了计算精度,可以更为准确地捕捉裂纹故障所导致的振动特征。自2009年-2015年,本课题组在Journal of Sound and Vibration (4篇)、MechanicalSystems and Signal Processing (3篇)、International Journal of Mechanical Sciences (1篇)、Applied Mathematical Modelling (1篇)、Engineering Failure Analysis(4篇)等国际杂志发表SCI 检索论文25篇。10篇代表性SCI 检索论文他引196次,他引总次数283次,1篇代表性论文入选2016年ESI高被引论文(1%)。参与引用的有20 多个国家和地区的专家和学者,其中Friswell教授(英国)、Darpe 教授(印度)、Parey教授(印度)、Viadero 教授(西班牙)、Howard 教授(澳大利亚)、左明建教授(加拿大)、Provatidis 教授(希腊)、及陈予恕院士、高金吉院士、钟掘院士和翟婉明院士等国内外非线性振动及故障诊断领域专家给予了高度评价。