中文摘要：

突变故障是旋转机械转子系统的一种频发故障类型，因其外在形式的突发特性，往往比渐变故障具有更大的破坏性和危险性。目前对突变故障的机理还不完全清楚，以及经典突变理论在预测建模方面的局限性，还不能实现对突变故障的有效预测。本项目拟对转子－叶轮－轴承－基础构成的强非线性系统，采用非线性动力学理论及能量平衡建立系统多故障耦合的动力学方程，研究系统的耦合特性；同时摒弃经典突变论必须通过控制映射建模的传统思路，而是在突变理论分析的基础上，研究旋转机械转子系统突变故障的发生机理，采用机理模型和数据模型相结合的方法，构造包含时间坐标的高维空间流形，研究突变故障的相轨迹演变规律，确定系统状态发生突变的敏感因子及外界控制条件，建立系统突变判据以及可靠性寿命阈值判据，为旋转机械系统突变故障的描述与预测提供一条新的途径。研究成果将为大型汽轮发电机组超速、轴系断裂、轴承烧损等故障的诊断及防治提供技术支撑。

结论摘要：

本项目完成了原定的计划，提出了新的旋转机械突变故障的分析方法，实现了对大型汽轮机组典型振动故障突变性能的定量分析，取得了具有生产实用价值的成果和结论，并在权威期刊上发表学术论文12篇，参加国际交流5人次。 突变故障是旋转机械转子系统的一种频发故障类型，因其外在形式的突发特性，往往比渐变故障具有更大的破坏性和危险性。针对当前对突变故障发生机理及发展过程了解不足的现状，本项目提出了基于突变理论的旋转机械突变故障性能分析的新思路。对于汽轮机组转子系统碰磨故障、汽流激振故障以及大型汽轮机组调节级中汽流激振力导致轴承油膜失稳的耦合故障等典型故障，本项目根据突变理论、非线性振动理论以及流体动力学，探讨系统突变振动故障的发生机理，研究系统的动力学特性和耦合特性，分别建立各典型故障的转子系统非线性动力学模型，利用突变理论推导典型故障的尖点突变流形和分岔集，确定了包括偏心距、转动速度、阻尼系数、轴刚度非线性项系数、调节级阀门开度、流体密度、几何结构尺寸等系统振动突变的影响因子。通过对模拟试验台转子系统和300MW亚临界汽轮机组的实例分析，研究了系统振动突变性能与突变影响因子的相关性，建立了系统振动突变的判据，划分系统工作的突变区域，为机组的安全运行提供参考。此外，本研究还从数值计算的角度出发，利用四阶Runge-Kutta方法对非线性转子系统的各种典型故障分别进行了数值仿真计算，通过振幅响应分析了系统振动突变的性能，并将分析结果与基于突变理论的分析结果进行了相互验证。研究结果表明，本项目提出的基于突变理论的突变性能分析新方法是研究旋转机械系统突变故障的一条新途径，分析结果可以为旋转机械振动突变故障的预防和预测提供依据。